ACS600变频器的故障诊断与对策研究结题报告.docx

第一章变算器的原理与应用一、变频器的分类31、按变换的环节分类32、按宜潦电源性明分类4二、变频谢速的基本限制方式51、基频以下调速62、基频以上调速6其次1(,B1兀件的用.7一、IGBT的平安工作区7二、IGBT的过流爱护81、识别时间102、速护时的关断速度问题IO三、IGBT的过电压爱护Il第三章ACS6(M)变频器的基本构造、特点和性能13一、高线轧钢生产工艺简介13二、ACS600多传动在高线轧钢生产线中的应用14三、ACS600变频器的产品结构15I、整流单元TSU152、逆变罂部分16叫、干脆转矩限制技术19五、ACS600的重要性能231、ACS600Multidrive的特点232、ACS600的干脆转矩限制(DTC)24第四章&据采与分析27一、正常工作时的数据采集与分析27二、起动过程的数据记录与分析32二、变频调速的基本限制方式在进行电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是，希望保持电机每极磁通为额定值，并保持不变。假如磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种奢侈：假如过分增大磁通，又会导致过大的励磁电潦，严峻时会因绕组过热而损坏电机。对丁异步沟通电动机，怎样保持腑通恒定呢？相异步电动机每相电动势的有效值是E,=4.44fNh.(2-1)式中E,气隙磁通在定子中感应电动势的有效值(V):fl定子频率：N1一一定子每相绕组串联匝数：1.基波绕组系数：©、一一每极气隙蹂通(蛇)°由式(2-1)可知,只要限制好E,和R便可达到限制磁通4>的目的，对此,须要考虑基频(额定频率)以下和基频以上两种状况。鼠笼型异步电机的的转速表达式为：“=%一)P式中工一-电机定子的频率：P电机定子的绕组极对数：S转差率，可由下式求得：ni-ns=-=n,式中小一同步转速，P所以若匀称地变更定子供电频率，,则可以平滑地变更电机的同步转速.其次章IGBT元件的运用80年头未，IGBT起先向智能功率模块发展，现已发展到第三代。各代的内置功能如下：第一代包括:连接功率器件和限制电压的接口电路:过电流爱护电路、过热爱护电路。其次代包括：第一代内置功能：上、下支路的信号安排电路（防上、下支路间短路）；电路用电源。第三代包括：其次代的内置功能：PWv限制电路：过我变换（负数和模块自身爱护电路）：过电压受护电路（直流电压异样增加时，模块本身的爱护电路）。第三代【GBT智能功率模块具仃逆变器的基本功能，使应用系统的设计更为筒化，装置的零部件大为削减，牢靠性得以提高。由于运用不当或驱动电路（装有爱护）不好等缘由常常会损坏IGBT,甚至发生爆炸,IGBT在运用中损坏的较多的缘由是过电流和过电压击穿和锁定。一、IGBT的平安工作区IGBT的平安工作区反映J'一个晶体管同时承受确定电压和电流的实力.IGBT开通时的正向偏置平安工作区（FBSOA）,由电流、出压和功耗三条边界极限包围而成。最大漏极电流1.是依据避开动态攀住而设定的，最大湖源电压UdSm是由IGBT中晶体管V3的击穿电压所确定，最大功耗则是由最高允许结温所确定。导通时间越长，发热越严岐，平安工作区则越窄，如图2T（八）所示。当1.,>h时，便会产生擎住效应，这时漏极电流增大，造成过面功耗，导致损坏。由此可知，漏级电流有一个临界值1.，大于此值IGBT会产牛擎住效应，漏极通态电路的连续值超过临界值时产生的擎住效应成为静态擎住效应.IGBT在关断的过程中也可能因为dVJdt过富，形成动态擎住效应。IGBT关断时为反向偏置，其平安工作区称为反向偏置平安工作区RBSOAoIGBT的反向偏置平安工作区随IGBT关断时的dVjdt而定，dVjdt越高，平安工作区越窄.如图27(b)所示。（八）IGBT的正向体汽平安工作区(b)IGBT的反向体徨平安工作区图2-1IGBT的平安工作区招IGBT用于电力变换器时，应实行爱护措施以防损坏器件，常用的爱护措施有：(1)通过检出的过电流信号切断门极限制信号，实现过电流爱护：(2)利用缓冲电路抑制过电压并限制过量的dv/dt：(3)利用温度传感器检没IGBT的充温，当超过允许温度时主电路跳闸，实现过热爱护。二、IGBT的过流爱护在运用IGBT时，除J'依据系统要求的最大工作电压和最大工作电流所确定的平安工作区正确选择容量合适的IGBT模块外，最重要的环节就是要设计高性能的驱动电路和过流爱护电路。下面着重探讨因短路而产生的过电潦及其爱护措施。IGBT由于寄生品闸管的影响，当流过IGBT的电流过大时，会产生不行控的擎住效应。实际应用中应使K；BT的湖极电流不超过额定电流，以避开出现擎住现象。一旦主电路发生短路事故，IGBT由饱和导通区进入放大区，漏极电流ID并未大幅度增加，但此时漏极电压很高，1GBT的功耗很大。短路电流能持续的时间t则由漏极功耗所确定。这段时间与漏极电源电压V,门极电压VGS以及结温Ti亲密相关。随着电源电压的增加.允许短路过电流时间t减小。在负载短路过程中，漏极电流iD也随门极电压+Vgs的增加而增加，井使IGBT允许的短路时间缩短。由于允许的短路时间随门极电压的增加而减小,所以，在有短路过程的设备中，IGBT的+Vgs应选用所必需的最小值。必需指出，在允许的短路时间内，IGBT工作在放大区，漏极电流波形与门极输入电用波形很相像。图2-2给出了2MB150-060型IGBT模块的试验电路和电压、电流波形。测试条件为：VGS为20V,丫3)为43八图2-2a为测试电路，图22b为VGS与ID的波形,图22c为Vos与ID的波形,漏极电压在短时间内F降之后，很快比原到电源电用VDD的电平。如此高电压与电流的乘积即为短路功耗，由此确定IGBT的允许短路时间。图2-2短路时Vl6、Vli5和“（八）的波形波形另一种过电流爱护电路原理是当IGBT的漏极电流小于限流阈值时,比较器的同相端电位低于反相端电位，其输出为低电平，驱动信号将IGBT关断。这时IGBT仅受强动信号限制。当导通的IGBT的源极电流超过限流阀值，电潦以电流互感器T,二极管VD,在电阻上产率的压降传送到比较器的同相端，其电位将超过反相端电位，比较器输出由低电平翻转到高电平，使一个：极管快速关断，阻断/驱动信号传送到IGBT的门极;同时相关电路将IGBT的门极电荷快速泄放，使IGBT关断:正反馈电阻使比较器在IGBT过电流被关断后保持输出高电平，以确保IGBT在本次开关周期内不再导通.当驱动信号由高电平变为低电平，比较泯输出端随之变为低电平，同相端电位卜降并低于反相端电位，过电流爱护电路更位，为下个开关周期的正常运行和过电流爱护做好打算。当驱动信号再次变为高电平常，驱动IGBT导通，如IGBT的源极电流不超过限流阀值则过电流爱护电路不动作：如电流超过限流阈值，则过电流爱护电路动作将IGBT再次关断。三、IGBT的过电压爱护过电压的爱护相比之卜.较为简洁，通常利用缓冲电路抑制过电压。在正常工作状况下，椭极驱动电压加至IGBT的栅源极之间，使IGBT开通，整个开通过程的时间大约在100ns至I2IIS之间。利用缓冲电路抑制过电压的接线方式如图2-4所示。图2-4适于200A以下中等容量的IGBTa现场运用的图2-4IGBT的缓冲电路IGBT的额定电流为180A。缓冲电路电容(CS)可由下式求得c*-zVr2(1)(VCEP-Hd)式中1.主回路杂散电感；U一一IGBT关断时的漏极电流：YW-缓冲电容C；的电压稔态值：E,一一直流电源电压。Var由RBSOA确定，必需留意电流不同时所引起的电压差异。谖冲电路电阻上的选择是按希望IGBT在关断信号到来之前，将缓冲电容所枳累的电荷放净。可由卜式估算Rs-小S2x3XCSXf式中f一一关断频率。假如缓冲电路电阻过小，会使电潦波动，IGBT开通时的漏极电流初始值将会增大,因此，在满意式(2)的前提下,希望选取尽可能大的阻值，缓冲电阻上功能与其阳值无关，可由下式求出户_1.SXX./S-2式中1.缓冲电路的电感.第三章ACS600变频器的基本构造、特点和性能一、高线轧钢生产工艺简介线材生产工艺过程包括原料打算、加热、轧制、限制冷却及精整等工序,盛个生产工艺过程是连续的、自动化的。由初轧厂及电炉连铸厂供应合格钢坯,钢坯在加热炉内加热到920'C*-IO5O'C,由炉内出炉短道逐根送出炉外，经大流量快速淘压水除磷、保温轲道后进入轧机轧制。轧件在精轧、中轧、预精轧、精轧、减定径机组共30个机架中进行连续轧制，轧成力225mm线材。依据轧制规格不同，轧制道次和运用机架数也不同。成品最大保证轧制速度IIOm/s。为使轧制顺当进行，削减事故及处理事故时间，在6#、12#机架后设有切头切废飞剪，在精轧机组前设有切头飞剪和废品碎断剪；在粗轧、预精轧、精轧、减定径机组前设有事故卡断剪。为获得好的产品表面质量，轧件全线无扭轧制，并在椭圆断面轧件进入轧机侧采纳滚动导卫诱入。为获得好的产品尺寸精度，在第机架间采纳微张力轧制，在II#机架至精制机间采纳交活套或水平活套装理实现无张力轧制.为获得好的冶金性能，在精轧机组和减定径机组前后分别设有水冷段对轧件进行闭环限制冷却，将进入精轧机组的轧件温度限制在80095()C,进入她定径机组的温度限制在750975C,以实现低温高速限制轧制“为限制产品表面质量和尺寸精度，在精轧机组后设有涡流探伤装置，在精轧机之前以及减定径机之后设有测径装置，以便对轧件进行连续监控，快速反馈。轧机主要由IH-6V的六机架精轧机组、7HI4V的八架中轧机组、15H18V的四机架预精孔机组，19#26#机架的八机架无扭精轧机组，27#30#四机架减定径机组组成.其中粗、中轧机组为平立交替轧机.预精轧机组为平一立交替的悬臂式轧机，精轧机组为450顶悬群式轧机，减定径机组为45°顶悬臂式轧机。粗中轧机及减定径机可以由换眼装置运输到离线位国进行换粒操作，而预精轧机组及精轧机组没有此项功能，只能在在线位置进行短环更换.PlantNtfwofkTCWPControlNetworkVaUZ”JOOHFteWbuNKwork图3-1ACS600自动限制系统三、ACS600变撅卷的产品结构CS600大体上可分为四部分：供电部分(SUPPIyUnit),制动部分(BrakingSection)-逆变部分(DriVeSection)、限制部分(ControlSection)*1、整流单元TSU前1一6机架共用一套整流装置，共用直流母线。.采纳共用DC母线方式,具有以下优点：(1)采纳单个整流单元，结构紧凑.(2)节约空间(3)在整组传动中共用再生能量,每个单机的再生能量可以备充分利用。ACS600的供电部分即整流部分有三种，DSU、TSU和ISU,DSU为用二极管挖流，TSU为用三极管整流，ISU为用IGBT作整流元件，我们现场采纳的是TSU(可控硅整流单元)，在整流电路中设置这两组并联的六脉冲桥，一组称为电动桥，另一组称为再生桥，即反并联的逆变桥，1.可以借助于反并联三相桥(工作在仃源逆变状态,>90。)变更方向使再生电能回馈到沟通电网。这是大容疥系统通常的用法，如图3-2所示,TSU能把制动能量反馈到电网例，既可节约能量又加快电机的制动过程。图3-2整流系统结构示意图在TSU中有一微处理板，它能供应AC/DC电压、电流测量值及各种故障信息，如缺相，可控桥过热和接地等信息，这些都是通过光纤TC通讯得到的。2、逆变器部分ACS600多传动系列变频黯包括十一个不同容量的逆变器单元。(R2itoR12i)a小容量的标准逆变器每个柜子可以容纳1-3个逆变单元，大容量的逆变器模块是并联的，占几个柜子(2Xor4SRUi"12i3每一个逆变器有一个DriveControlUnit(DC1.).包括AMC限制板和标准1/0板。AVC具有4个DDCS光纤通讯接口,可以和外部PC机等工具相连，如图3-3所示.逆变潺有内置的电容用于平滑直流母线的电压，用熔断器联接到母排上，逆变洛可以选用不同的1/0扩展模块用于不同功能，如限制、监视、测量等，现场还装有脉冲编码器模块。四、干脆转矩限制技术干脆转矩限制(DTC)技术是ACS600的核心。干脆转矩限制对沟通传动来说是一个最优的电机限制方法，它可以对全部沟通电面的核心变量进行干脆限制。它开发出沟通传动前所未有的实力并给全部的应用供应了好处。DTC干脆转矩限制，是沟通传动领域电机限制方式的一次革命，它从零速起先不运用电机轴上的脉冲码盘反馈就可以实现电机速度和转矩的精确限制。在DTC中，定子磁通和转矩被作为主要的限制变量。高速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态每秒钟被更新40000次。由于电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新，逆变落的每一次开关状态都是单独确定的.这意味着传动可以产生最佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电等动态变更做出快速响应。在DTC中不须要对电压，频率分别限制的PHY调制器。其主要原理是依据蹂通、转矩的状态，选择逆变器开关状态，形成优化电压矢量，把磁通和转矩限制在幽定容差范围内，从而达到对磁通与转矩的干脆、闭环限制的目的。该限制方法具有限制原理简洁、转矩动态响应快、须要的传感器较少等特点。缺点是运行一段时间以后，电动机温度上升，定子电阻值发生变更，使定子磁通的估计不精国U导致对转矩限制出现大的纹波。图3-5DTC原理图DTC限制的拖动系统结构如图3-5所示,图中虚线框所示部分是电机限制部分，主要由数字信号处理器完成其限制功能。首先介绍优化开关选择表的工作原理。三相异步电动机限制中，通常采纳三相两点式逆变器，其结构如图3-6a所示.每相的两个开关中.次只能接通其中一个开关，当与上面开关接通时，开关相状态变量(如S.)为1，反之为0。因此共有8种开关组合模式，对应8种电压矢量，如图3-6b所示，其中V1(100)v*10l)为非零电压矢量，在相位上相差1/3,另两个为零电压矢v(010)V1(DO)Id)NX(XyjiElW7v,(00)SDV1(001*VKIOD逆变践结构s)电压矢量图3-6逆变器结构及其电压矢量图定子电压矢量方程可表示为1.=R3+牛dt式中R,一定子电阻u.i,.分别为定子电压、电流、磁通矢量若忽视定子电阻压降，则有1.=纯,在短时间At内，A,=u,At成立。(it由此式可看出，At内磁通矢量运动轨迹与该段时间内施加的电压矢量方向一样“转矩公式可表示为4=TM随卜in/式中,一一转子磁通矢量Y一一定子蹂通矢量与转了礴通矢量的夹角P一一极对数转矩方程又可表示为.=T"%"Z5-W，回）运动方程传了电时间常数比定了的要大,在定了磁通矢量变更时，可认为转子磔通矢量为常数。该公式表明，在定于磁通幅值为常疥时，电磁转矩与成正比,如图3-7所示。由上述可知，通过选择电压矢量，可干脆限制磁通和转矩。图3-7电用矢量的选择定子磁通矢量位于不同的空间相位上，非零电压矢量对磁通、转矩的作用可以分成6个区间来说明,即图3-7所示的O(N)1N=I,->6.例如在图3中，,位于(I(D区间内时,v“V81Y.产生向外的径向电量,如图37中v2r,使磁通幅值增加，V”v',，；产生指向圆心的径向重量，使之减小。Va»产生与旋转方向相同的切向重氏，如图3-7中v2t,VSJ匕对转矩的作用则相反.在其他5个区间，非零电压矢量对磁通、转矩的作用与此同理。另外，零电压矢量不能使定子礴通矢量产生任何运动，而转了磁通始终处于绫慢移动状态,二者之间的夹角减小，从而使转矩减小.当需转矩减小时，一般选用零开关矢量，可以降低逆变器开关频率。综合滞环限制输出磁通状态、转矩状态，并依据磁通所在的相位，选择出满意疏通、转矩共同须要的电压矢量，形成优化开关选择表。如表3T所示.磁通用的取值范围为2n-3a2?j-1n=0,1,2,3,4,5O(1)(2)«(3)0»(5)«(6)Q“=】11T=1Vl(100)v2(110)v3(010)v4(Oll)v5(OOl)v6(101)Qi=Ov,(000)V1(OOO)Vo(OOO)v,(000)v,(000)V0(OOO)Qv=0T=lv2(110)v3(OlO)v4(Oll)v5(OOl)v6(10I)vl(100)Rt=OV1(OOO)v.(000)v.(000)v.(000)V1(OOO)V11(OOO)表3T优化开关选择表磁通、转矩实行滞环限制，该模块与其它模块间关系如图3-5所示，目的是把蹂通、转矩实际值的变更限制在确定的带宽范围内,其输入是磁通'转矩的参考值、实际值，输出为二者当前状态。转矩滞环限制原理是把实际转矩T,和参考值Tref相比较,当JTref芬AT.时,转矩输出状态%为0.表示转矩须耍减小，当TiTrefS-AT,时，Ib为1,表示转矩须耍增加，转矩滞环限制带宽为2AT,转矩滞环限制如图3-8所示。能通沛环限制与此同理，不再赘述。电动机模型事实上是个估计器，用来估计磁通、转矩、速度等。ACS600的开环动态速度限制精度可以达到闭环磁通矢地限制的精度。ACS600静态速度限制精度为标称速度的0ll到05%,它满意了绝大多数的工业应用。当要求更精确的速度调整时，可以加装脉冲编码器可选件,ACS600的开环转矩阶跃上升时间小于5充秒，而不带速度传感器的磁通矢量限制变频器的开环转矩阶跃上升时间却多于100考秒。五、ACS600的重要性能1、ACS600Multidrive的特点共用直流母线设计可以最大限度的节约能量、节约电缆和安装以及维护的费用。DTC和De传动的比较：它们都是干脆限制力矩，但DTC有其它优点，如可以没有测速机反馈，具有沟通电机耐用易维护的特点，无需外就励磁等。DTC和AC传动比较：最主要的区分在丁DTC不须要调制器，它干脆限制电机的力矩：对于PWM的AC传动，其限制变量是频率和电压而不是干脆限制电机的参数，电压和频率绐定值进入调制器再模拟出沟通正弦波输入到定子线圈，其输入电压和频率的转换须要确定的时间即信号处理的时间，因此响应速度慢。DTC的性能：(1)力矩响应：即给定100%力矩值，电机以多少时间才能达到此值。对于DTC来讲其时间为l-2ms,相比较而言DC和矢量限制是102ms,而PwM(开环)的力矩响应要超过100ms。DTC的力矩响应从理论上讲已达到了电机的自然极限。力矩响应高，使得负荷在突变时，减小电机速降时间,这样产品质量就比较恒定。(2)在低频时精确的力矩限制：在DTC限制下，即使速度限制在0.5Hz以下，但仍旧能供应10族的力矩。(3)力矩的重更性：即在同样的力矩给定值卜.，电机输出实际力矩值的变更。对于DTC其力矩重电性可达到1-2%,此值是AC(开环)的半,和AC(闭环)、DC传动一样，这样可保证同一产品质量的恒定。(4)电机静态速度确性(SA)它的定义是依据ABB技术附件7中规定，如图3-9所示：其中：SA=静态精度%RAn累计速降%secIC=冲击速降%T=速降的持续时间sec1=10（浅额定电流Zrttf-ZAC'11.A1.ZyrX1(y¼,ICXTRA=o*sec依据以上定义，DTC的SA是电机滑差的10%,如对于100KW电机，其SA=O.%（无脉冲发生器）而对于PWM（开环）其SA为1-3%,对于带有1024个脉冲/转的脉冲发生器的DTC限制，其SA为0.（）1%,这和直流传动一样。动态速度精确性RA：DTC（开环）的动态速度精度在%sec之间，此值和限制公的增益调整有关，可调到符合工艺要求。开坏AC传动大约是DTC的8倍即3%sec.假如DTC中运用了速度解码器，则其动态速度精度可达0.l%sec,这已达到了伺服传动系统的性能。2、AcS600的干脆转矩限制（DTe）ACS600的干脆转矩限制（DTC）原理图如图3-10所示。转矩限制环的输入是转矩参考、速度限制器的输出或外部转矩参考。变更转矩参考可以限制直流电压和辘出频率.ACS600变频器用限制转矩的方法来避开过我。ABB对高线传动系统的性能保证值项目保证值备注静态速度杵度O.02主传动（1-18机架，NTM.RSM,1.H,PR1.H）动态响应0.25%S主传动（1T8机架,NTM,RSM.1.H.PR1.H）阶跃响应250ms主传动（1-18机架，NTM,RSM.1.H,PR1.IDS6剪切精度±IOmmS12剪切楮度±2011wnS18剪切精度±5011wn在1.15负荷F1-18机架电机的温升1Q5C在1.15负荷下NTM,RSM电机的温升100r在DTC逆变器中，速度限制不象传统的逆变器那样是转矩限制内部的部分，速度限制的输出只是转矩限制的外部参考。速度限制的战本算法是PID。速度环内包括一个加速补偿涔，很好地缩小加速时的限制偏差。PID限制涔和定子磁链确定值参考也可以作为DTC模块的参考值，从而简便地完成逆变器的一些功能，如磁通优化、弱磁限制。Tref为转矩参考值,Te为实际的转矩，口和4T2是滞环限制的两个界限。TO点意味着转矩在允许范用内，所以选择。电压矢量,实际的电机转矩Te下降，直到下降超过Tre1.，然后选择合适的电压矢量，使转矩上升，即I+。在低速时，电压矢量在切线方向对转矩有很大影响。假如实际转矩以Tref为参考超过aT2限度，电压矢盘选择将降低转矩.磁链滞环限制和转矩滞坏限制相像，也有两个界限。假如超过了上限，则电压矢量在半径方向的的选择将不管转矩的需求.第四章数据采集与分析一、正常工作时的数据采集与分析采集正常轧钢时的变频器的各个环节电压和电潦数据并记录，为观测工作状况有无异样，可以用较高的数据采样率，如100KHZ。所用程序为binaryn<xnaldatalogger.vi.平常可以用IoKHZ的采样率.第五机架每天采样20组数据，每组数据共采集11路信号，依据从通道Kchanel1)至通道II(ChanelID的依次分别为:直流电流、沟通输入电流、三相输出电流、直流电压、：相输出电压、两相输入电压，每组数据记录时间为两分钟，即每路数据均采集12兆个点，存储在书目：C:MyDocumentsdata-bascnomalmonitorlogger下面。主要的参数设宜图4-1所示。图41五机架正常轧钢数据采集与记录参数设置图4-2为2001年8月15日1点19分17杪起先采集的数据，采样率为10KHZ,各图横轴均为数据的个数，图中共记录0.1秒的数据，纵轴电流变显的单位为安培S）,电压变量单位为伏特”），输出电压与电流依据实际接线的颜色黄、绿、红表示。从图中可以看出，变频器的电流接近正弦波，基本上三相电流（线电流，负载电机为三角形接法）频率为九十几HZ,而直流电压较平稔,直流电源内阻较小，相当于电压源，故为电压型变频器，三相整流桥的沟通输入电流非正弦形态，而是类似鸵峰的形态，依据相关的国际标准，其波形总畸变率不超过30%.沟通输入电流与沟通输入电压虽然明显地可以看到三相侨式照流所带来的高次谐波而发生的畸变，但频率仍为50HZ.图4-3为8月13日记录的五机架轧钢时的波形图,轧钢直径为21mm,轧钢速度为12.311s°采样率为100KHZ,共采集12个通道的数据，其中0通道未用.我们采纳的Nl公司的PCI-MIOT6ET型数据采集卡的数据采集频率最高达I.25MHZ,而同时采集12个通道，相当于采样率为1.2MHZ,基本上达到本C相电端倭大值60303WlA电流产惭入电压AB输入到Eic500O-500O-no0-ISOO0.12500-1800-750.0-SoO700250O-OO-DH8>3200lAM*IUMffiB相电语最大僮60303637.21场出电遮通过软件编程可已读出最大电流值，经过两个多月的监视和记录状况来看，正常轧钢时电流没有超过起动电流的值，五机架变频器工作始终很粒定。二、起动过程的数据记录与分析记录电机起动必需用模拟触发的功能来实现，所用的程序为：softwareanalogtrigger第五机架的加减速时间为11.7秒，为记录起动过程，选用数据采集率100KHZ,图4-4记录了从起动前一时刻起先20秒钟变频涔各个环节的主要电压和电潦变更的过程Q起动直径D21速度123hs开懈间9/21/200111:14YftvafornGraPh12S0.0-1000.0-750.0-5000-2500-0.0-2500-5000-7S0.0-1000.0-0025507510O12.5200出流A一直端电压出JEAB-l入压ABPlot4图47五机架电机起动状况这是欲轧钢直径为21mm,速度为12.3ms时的起动状况记录，起先时间为9月21日11点14分。图4-5为变频器的三相电流的变更状况,图4-6为其他各变属的变更过程。起动瞬间，各相输出电潦从0增加到限幅值，很明显，八相电流为正向，幅值最大,达到1147A°B相、C相输出电流均为负值,较低，大约为500A左右。五机架电机额定电流为990A,起动电流与额定电流的比值约为：Imaxb-l147/990-121%长时间的观测表明起动过程均有一个30OmS的磁场建立过程，如图4-7所示，即电流几乎恒定的过程，起动电流A相最大，但都是额定电流的1.2倍左右，没有超过1.5倍，证明现在的PID及加减速时间的设置合理，起动状况良好。TSOO三00.0-4U.U=6n-750.O-：Z00O0.0-250.0-4-5五机架起动过程中的三相电流起动直径D21速度12.3“二井5时间9212l11:14WvtormGraphO15.O-lWftvefornGrePh41S.O-1O.O.pn:Id-S-1O0-Yv4tornGraph11600.0-4000-2000-00-2000-400O-600O-8000-T*e1250pn二H10.0-750O-5O-2S0.0-OO-250.0-500O-750O-1000.0-0.0280s400.0n600.0»88On1.01.21.41.61.8Tint图4-7H5机架起动两秒内三相电流五机架起动瞬间三机架起动瞬间，直流电压的下降率为:U/Ud=(918-850)/918=7.40%D12.5at34.6msYvforGrph91000.MB电i5R防盹谴U盹溢400.0200.0-0.0-2.0-200On400On600.On800.0r»1.0Tine图4-8H3机架起动两杪内三相电流YaVefOrSGraph0出流A1000.0-pn二d3600.0400.0200.00.0-200.0-400.0-600.04.06.08.010.0Time-800O-0.02.0YavefornGraph4出压ABI1500.0P2二du-500.01000.0S00.00.0NqgfOEGraph3980.0960094009200900.0880.08600840082000.02.04.06.08.010.0图4-9三机架起动过程中各变量的变更过程三机架电机的额定电流为595A.额定电印也是650Vo三机架起动瞬间.直流电压的下降率为：UUx=(918-852)/916=7.20%起动电流上升比例为：uI=810/595=137.61%波形也变为非正弦波。当然，非正弦电压施加在线性电路上时，电流也是非正弦波。对于周期为T=2nu>的非正弦电压u(t).般满意狄里赫利条件，可分解为如下形式的傅里叶级数：t<t)=au+£(4cos/iftV+bnsinn(Dt)(4-2)fr=式中即=;“(aWRM2,an=1"“ka)cos6txd(fa)“J"b,.=-(CXkintjtd()t)11i0(n=l,2,3)或u(t)=an=ECltsin("fW+a)(4-3)»-1式中，a、九和a、b”的关系为C11为4,与b,的平方和的二次方根“n=arcfg(bj4=,sin%a=qco$%在式中(2-2)或式(2-3)的傅里叶级数中，猱率为1/T的重量称为基波，频率为大于1整数倍基波频率的强板称为谐波，谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比。以上公式及定义均以非正弦电压为例，对非正弦电流的状况也完全适用,把式中U(3t)转成i(t)即可.n次谐波电压含有率以HRUn(HarmonicRatioIn)表示。RU“=宗Xl(Jo(%)(4-4)式中Un-第n次谐波电压有效值(方均根值)：Ul-基波电压有效值.n次谐波电流含有率以HRIn表示。H=!-x00(%)(4-5)式中1n一第n次谐波电流有效值：1.基波电流有效值。谐波电压含垃I”和谐波电流含用I”分别定义为S,=(4-6)"唇(M)电压谐波总畸变率THDU=(totalharmonicdistortion)和电流谐波总畸变率Till)分别定义为TW“=5100(%)(4-8)UQTHD.=-(%)(4-9)/1以上介绍r谐波及与谐波有关的基本概念.可以看出，谐波是一个周期电气量中频率为大于1整数倍基波频率的正弦波重量。由于谐波频率高于基波频率，有人把谐波也称为高次谐波。谐波次数n必需是大于1的正整数。n为非整数时的正弦波延量不能称为谐波。当n为非整数的正弦波重量出现时，被分析的电气量已不是周期为T的电气量但在某些场合下，供用电系统中的确存在一些频率不是整数倍基波频率的分数次波。在有些关于谐波的著作中，把这些分数次波解除在论述范围之外。号虑到分数次波产生的缘由、危害及抑制方法均和谐波很相像。Plot0ipm二d£胆16891¼H«c(<pnentslevelDCvoltAce出流a（八）FFT变换的幅值特性前面板(b)FFT变换的幅值特性程序流图图4-10中前面板上显示的是实测直流电压波形及其FFT变换的幅频特性曲线，用此谐波分析的的方法进行探讨和评价整流电路的品质指标，即变频器供电电压的质蛾。数据来源为读取已存储的直潦电压数据。本次谐波分析为9fl21BH点23分采集的直流电压信号,制钢直径为21mm。合理选择纵坐标,得到清楚的FFT变换图象，如图4-11所示.FFTHAGXnUllEDCyolSg*1000.0-T9500-出血口90008S00900OTSO.00：0»400.0n60»8'.OnTirecofonft*lv图4-11变更纵坐标的FFT变换现场所用整流器为三相桥式全控整流，由FFT变换的结果可以看出，三相桥式全控整流电路的输出电压由直流重量和各次谐波重量组成。最低次的谐波是六次，即频率为电源频率的6倍，即300Hz为了评价整流电压的质量，引入电压脉动系数Sv,定义为最低次谐波由量幅值与直流重量的比值，输出整流电压中沟通重后占的比例越小，整流电用版汝越高。脉动系数SV常用百分数表示。对三相整流电路的电压脉动系数Sv为:Sv=2(3EXP2-l)=5.7%。实测值为：Sv=5.531/918.747=0.602%直流电压的总畸变率为168.913n%e表4-2是同一种钢种不同时间轧钢期间直流电压谐波分析的结果统计:钢种时间THDSv1)2114：229/21/01194.394m%0.590%D2114：319/21/01217.079m%0.553%1)2114：339/21/01217.079m0.553%表4-2同种钢种轧钢期间直流电压谐波分析表4-3为不同钢种轧钢时的谐波分析统计结果:钢种时间Till)SvD5.58/913:58:34245.66211A0.5831%1)6.69/1711:10:11152.887110.5701%D12.59/1212:23:26412.31611ft0.476%D139/1414:26:42407.6(MnA0.549%D219/2114:31:38217.079m%0.552%D258/1718:31:34254.991m%0.173%表4-3不同钢种轧钢时的谐波分析测量同一钢种(直径14)轧钢与不轧钢时的功率谱如图1-11与图4-12所示。这是在线采集和谐波分析.在线分析程序如图3T3所示.两种状况下的数据采集频率相同，均为100KIIz在线谐波分析。横轴为频率，单位Hz,纵轴为电压幅值,单位为分贝(DB)。图4T1为轧钢时的直流电压在线功率谱分析，基波幅值为59分贝,即891V,300Hz的谐波为11分贝，即3.548几不就钢时的功率谱分析如图4T2所示。基波幅值为59.2分贝，即912V,300Hz的谐波为-31分贝，即0.OlOVe四、制动探讨100O0-1000