矢量控制高压变频器的过流保护

我公司在6kV 1400kW的一次风机上使用的是变频控制，其中一台运行一年后发生“IOC”信号，高压变频器跳闸。对此我们进行研究解决方法。
       该高压变频器采用的是矢量控制模型，目前高压变频器大多使用矢量控制方式来控制感应电机及同步电机。图1-1给出了一种高压变频器的矢量控制算法简图。它由以下几个基本模块组成：马达模型、电流调节器、磁通与速度调节器及前馈补偿环节。
  

图1-1感应电机及同步电机矢量控制框图
   
       该高压变频器发生“IOC”信号跳闸时，速度为82%，电流大约为100A（电机额定电力为158A，变频器过流保护为240A）。从图1-1知道，电流过流与电流测量回路有密切关系。于是用示波器观测电机电流，发现其中含有直流成分大约55毫伏，大于正常直流分量50毫伏。可能是直流分量导致计算Id（电机电流的激磁分量）Iqs（电机电流转矩分量）时积分器饱和，从而发生过流。
       由于该高压变频器接地不良，所以决定改善接地系统。接地改善后，用示波器观测电机电流波形，其中直流分量为12 毫伏。高压变频器投入正常运行，一段时间后，又发生过压保护跳机。 跳机时高压变频器运行速度为85%，电流为110A。 这说明，改善接地后，电机电流中的直流分量减少了，系统工作比以前稳定，但仍然没有得到彻底解决。
       既然电流测量回路没有问题，还有什么变量会导致过流呢？ 从图1-1知道，FlusDs也会导致过流。 于是我们决定观测FluxDS 的变化情况。 FluxDS就是电机磁通D轴分量，由于Q轴分量为零，所以等于电机的磁通，电机磁通定义为电机电压/定子频率（rad/s）。磁通（其单位为伏-秒）也相当于（但不等于）压/频比。它是有电机相电压经过积分计算得到。正常情况下，应该为常数。图1-2为FluxDS 波形（最上面一条曲线）。
   
图 1-2 更换浪涌吸收器前FluxDS 波形
       从图1-2 可以看出，FluxDs根本就不是常数，波动非常大。用示波器观测电机电压波形发现有些许畸变。 如图 1-3所示
   
       图 1-3 电机相电压波形（Ch1）和相电流取反后的波形（ch2）怀疑电压测量板有问题，但更换后现象依旧。怀疑正弦PWM信号有问题，更换PWM信号板，现象依旧。 唯一没有更换的就是电压测量回路并联的浪涌吸收器。图1-4为更换浪涌吸收器后，FluxDs 波形。
   
       从图1-4知道，FluxDs几乎为常数。用示波器观测电机电压波形没有发现畸变。为了进一步验证，我们换上旧的浪涌吸收器，变频器运行一会后又出现过流。目前变频器工作稳定可靠。从这次变频器过流保护来看，电流过流不一定是由电流波动引起的。电压些许畸变导致磁通的激烈变化波动，才是电流波动的根本原因。