浅谈三菱变频器输出电流的检测与显示

浅谈三菱变频器输出电流的检测与显示 轴承技术2011年第1期?21? 浅谈三菱变频器输出电流的检测与显示 (技术中心)陈果何冬梅张润生 摘要:了变频器输出电流显示误差的原因,提出相应的解决,并介绍了方 案在所开 发风电主轴轴承专用试验机上的具体应用. 关键词:变频器;输出电流;高次谐波;电流互感器;电流;变频器模拟量输出端 变频器是利用电力半导体器件的通断作 用将工频电源变换为另一频率的电能控制装 置,其最主要的特点是具有高效率的驱动性能 及良好的控制特性.简单地说变频器是通过 改变电机输入电压的频率来改变电机转速的. 三菱变频器因其具有过载能力强,控制功能 多,工作模式多,通讯功能强,应用范围广,使 用寿命长等性能特点,在自动化控制领域,得 到了广泛的应用. 在开发的风电主轴轴承专用试验机中,选用 了三菱FR—A740132KW变频器进行主轴变频 调速.设备整个调试过程都比较顺利,只是变频 器的输出电流在控制柜,变频器操作面板,NI控 制系统显示器上误差比较大.在接近额定负载 时,变频器操作面板显示120A,控制箱上的电流 表几乎无指示,为此对变频器电流回路进行了检 查和分析:控制箱上安装的是6L2300型电流表, 电流互感器为单匝LMK1—0.5300/5,电流信号 取自变频器的电源侧,变频器安放在控制箱内, 工控室离变频器不远,在2m左右,电流回路接 线正常,电流互感器也没有超载,原因何在?根 据现场现象,查找相关技术,分析电流显示 误差的原因有以下几点. 1电流显示误差的原因 1.1变频器电源侧电流波形畸变且含有较大 的高次谐波 由于变频器在电源侧采用不可控整流桥, 中间直流回路安装有较大的滤波电容,导致变 频器电源输入侧电流波形是输入电压波形峰 值处带双尖峰的间断脉冲,电流脉冲宽度在负 载较大时稍宽,负载小时很窄,这种畸变的电 流波形含有大量的谐波,电流脉冲峰值比平均 值大得多,这种畸变的电流的波形系数为电流 脉冲宽度百分比的开方,由于小型变频器在中 间直流回路一般没有加装功率因数校正直流 电抗器,有效值达到了平均值的2,3倍,而且 呈非线性,负载较小时,有效值相对较平均值 更大一些. 1.2电流表选型不正确 6L2型交流电流表是在工频状态下测量电 流的,在50Hz完全正弦波或波形误差不是太 大的情况下,能正确或基本上反映电流有效值 的大小,对于变频器输人侧这种波形畸变的脉 冲电流,将出现较大的误差,并且由于这种波 形畸变的电流的有效值与平均值呈非线性,不 同的电流段有不同的误差,在电路上采取相应 的补偿校正措施比较困难. 1.3电流互感器本身存在固有的误差 大家都知道,电流互感器本身的磁化力等 于原边磁化力和副边磁化力的矢量和,即: IOW0:I1W1+I2W2.主要与铁芯的导磁率有 关.电流互感器电流误差?I的大小与其本身 所需的磁化力,一次电流的大小及高频下相对 较大的漏磁通,磁滞损耗有关.电流互感器本 身所需的磁化力越大,电流误差?I也越大;电 流互感器一次电流小得多时,电流误差?I会 ? 22?轴承技术2011年第1期 很大;电流互感器尺寸较大时,高频下的漏磁 通,磁滞损耗会较大,电流误差?I也会变大. 由于我们在试验机上选用单匝电流互感器一 次额定电流均在200A以上,当一次电流增大 到额定电流附近时电流互感器本身的磁化力 和高频下的漏磁通,磁滞损耗是可以相对减小 到一定程度,可使电流误差?I最小.但是试 验机一次电流正常运行时为1IOA左右,一次 电流在铁芯中产生的磁化力不足以维持电流 互感器本身的磁化力,另外,变频器电源侧含 有的高次谐波使电流互感器的漏磁通,磁滞损 耗也相对较大,反映到二次侧的电流就很小, 这样在电流互感器二次负载并不大的情况下 电流互感器的变比误差会很大. 2提出的方案 根据以上的分析,结合现场的实际应用情 况;提出了如下几套解决方案: 2.1控制柜上显示变频器输出电流 2.1.1方案一:利用变频器模拟量输出端口配 置相应的电流表来显示变频器输出电流 所选用的FR—A740变频器,在接口板上 有两个模拟输出口:AM模拟量电压输出端口, CA模拟量电流输出端口.将相关参数158设 为2,测量的电流值就可通过模拟电流CA输出 口送出.其输出值电流信号均为0,20mA(电 流最大值对应20mA).在实际应用中,再需配 置0—20mA磁电系直流电流表一只,刻度指示 按照变频器的额定电流标称,表头的"+"端接 "CA","一"端接"5"即可.如:1lOkW电机所 配变频器型号为FR—A740132,变频器的额定 电流为216A,则将表盘刻度定为0,300A.在 变频器工作过程中,电流表上的指示即为电机 电流,若需进行刻度校正,可通过改变模拟输 出信号的增益(亦称换算因子)即可,所以这种 方法既简单,经济又准确. 2.1.2方案二:利用电流互感器配置相应的电 流表来显示变频器输出电流 2.1.2.1改变电流互感器配置安装的位置,将 对变频器电流的采样从变频器输入侧移至输 出侧,主要原因有: ?变频器输出侧电流中虽然也含有大量 的高次谐波,但由于变频器采用正弦波SPWM 调制,输出电流波形接近正弦波,有效值是平 均值的1.2,1.5倍.采用整流系仪表显示时, 可以通过适当的方式对其误差进行补偿. ?由于变频器电源输入侧电流波形是输 入电压波形峰值处带双尖峰的间断脉冲,输出 侧电压波形是等高而宽度按正弦波形变化的 矩形脉冲,输人和输出侧的电流波形是在相同 的电压(最大值)下形成的,在输入侧和输出侧 的电流应基本相同,在输出侧对变频器电流进 行测量不会引起大的误差,而且在输出侧对电 流进行测量,从电机角度来说更符合实际. 2.1.2.2对电流表进行重新选型.随着技术 的发展,能够反映电流有效值测量工具越来越 多,在本案中推荐使用电磁式电流表,它是利 用电流信号产生的磁场使固定铁片和可动铁 片相互吸引或排斥,带动测量机构偏转而指示 电流值的,测量机构的偏转角近似与所测电流 的平方成正比,基本上能反映含高次谐波电流 的有效值.这种型号的电流表准确度相对较 低,在电流较小时,误差较大;本主轴试验机的 主轴电机为l10KW的变频电机,额定电流较 大,电流互感器的位置移至输出侧后,由于电 流波形趋于正弦波,有效值和平均值差值不是 太大,所以选用电磁式电流表在现场对电流显 示较为准确. 2.2在工控柜上的程序界面上显示变频器输 出电流 2.2.1方案一:利用变频器与工控机通讯,应 用NI测控系统在工控柜上显示变频器输出电 流 连接变频器上的RS485端子,通过通讯电 缆,连接到工控机的RS485端口上.本试验机 的测控系统采用了NIPCI一843l为串行接口板 卡,编写相应LABVIEW通讯程序,通过三菱变 轴承技术2011年第1期?23? 频器,即可将变频器输出电流通讯显示在 工控机的界面. 2.2.2方案二:利用变频器模拟量输出端口应 用NI测控系统在工控柜上显示变频器输出电 流,以在本试验机中所选用的FR—A740变频 器为例,选用模拟量电压输出端子AM,5,将相 关参数158设为2,测量的电流值就可通过模 拟电压输出口送出.其输出值电流信号均为0 , 10V(电流最大值对应10V),通过信号汇接 板,将0,10V的电压信号送到数据采集卡,编 写相应LABVIEW显示程序,变频器输出电流 通讯显示在工控机的画面上. 3方案的具体应用' 详细分析以上方案的优与劣,结合现场的 具体应用,本着准确,简单,经济,适用的原则, 本主轴试验机变频器输出电流的检测与显示, 采取了控制柜电流表显示与工控机界面显示 相接合的方式,工控机电流的显示通过与变频 器通讯的方式来实现;控制柜上电流的显示通 过利用变频器模拟量输出端口配置相应的电 流表的方式来实现. 4结束语 实践证明,用该方案检测的变频器输出电 流,准确,适用.变频器的输出电流在控制柜, 变频器操作面板,NI控制系统显示器上都能得 到及时,准确,有效的反映.为操作人员提供 了良好的操作环境,同时也为其它控制提供准 确,翔实的数据资料. ?— +一"—卜"——+一??—.+一"—+一"—+一??—一"—+_一??—+一??+"—+ 一??+??+?-+?-+??+??+"+??+?-+??+??+一+"+"+"+??+??+"+? (上接第26页) 同理对表1中所列的沟曲率,沟形误差,粗 糙度进行预测,由于沟形误差,粗糙度的单位 为txm,数值较小,故不使用相对误差.沟形误 差,粗糙度的预测数据和绝对误差的结果见表 4,表7所示. 表5沟形误差预测数据和绝对误差 kX'.(k)文.(k)6(k) 11.61.60 21.51.4619—0.0381 31.41.46790.0679 41.81.80390.0039 51.71.760.06 61.91.930.03 表6粗糙度预测数据和绝对误差 kX'.(k)文'.(k)8(k) l0.080.075—0.005 20.100.0917—0.0083 30.0630.07490.O119 40.090.0881—0.0019 50.0860.08930.0033 60.0950.0906—0.0044 由表3,表6可以看出,预测误差很小,完 全可以满足生产的要求. 4结论 试验证明,只要合理控制产品工序间精 度,分工序加工双沟道完全可满足产品要求..