高壓變頻器高壓瞬間失電問題的解決方案

　　摘要：針對JZE高壓變頻器在現(xiàn)場實際應(yīng)用的需要，對變頻器在運(yùn)行中高壓瞬間失電9秒內(nèi)不停機(jī)，在30秒(可設(shè)定)內(nèi) 高壓恢復(fù)后，變頻器自動重啟機(jī)的功能實現(xiàn)進(jìn)行闡述，簡述了JZE高壓變頻器的控制組成，詳細(xì)介紹PLC編程，人機(jī)界面設(shè)計.

　　關(guān)鍵詞：變頻器，PLC，飛車啟動

　　1.引言

在節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境作為國家工作重點的大環(huán)境下，最有效的節(jié)能產(chǎn)品高壓變頻器應(yīng)用越來越廣，為適應(yīng)用戶的各種要求，變頻器的功能日趨多樣化，但由于高壓變頻器大多應(yīng)用于比較重要的場合，此環(huán)節(jié)出問題會造成不同程度的損失，而在各種應(yīng)用場所，都存在高壓瞬間失電的情況，如工廠的兩路電源切換，電網(wǎng)出現(xiàn)故障瞬間恢復(fù)等，一般的高壓變頻器在輸入電壓跌落超過一定時間或是輸入掉電后變頻器便會保護(hù)停機(jī)，或者是最多支撐運(yùn)行幾秒鐘后停機(jī)，此種現(xiàn)象在我國已發(fā)生多起并導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)(包括一些應(yīng)用進(jìn)口高壓變頻器在內(nèi)的一些實例)。POWERSMART系列高壓變頻器充分研究并考慮了此種因素的影響，在輸入跌落或者是輸入掉電后，只要是在設(shè)定的時間內(nèi)電壓恢復(fù)正常(最長可設(shè)定至30秒)，能自行無沖擊啟動，將電機(jī)拖動至運(yùn)行前的狀態(tài)，不會終止后續(xù)生產(chǎn)。因此變頻器具有“高壓瞬間失電再起動功能”是必要的。

　　2. JZE高壓變頻器的控制組成

　　控制基本組成框圖：

　　控制單元柜主要由主控制器、溫控器、風(fēng)機(jī)保護(hù)器、人機(jī)界面(彩色觸摸屏)、PLC、嵌入式微機(jī)、開關(guān)電源、EMI模塊、隔離變壓器、空氣開關(guān)、接觸器、繼電器、模擬量模塊、開關(guān)量模塊等組成。

　　主控制器，由總線板、電源單元、CPU單元、接口單元、3個相控單元及開關(guān)量、模擬量的輸入、輸出子模塊等組成。它是變頻器的控制核心，由兩片DSP及多片F(xiàn)PGA、CLPD等構(gòu)成，通過優(yōu)質(zhì)光纖將PWM信號傳送到功率單元中，從而實現(xiàn)了高可靠的控制。

　　溫控器，可以接3個感溫探頭，來測試切分變壓器的溫度，并提供告警或保護(hù)節(jié)點。

　　風(fēng)機(jī)保護(hù)器，有3臺，用來監(jiān)控風(fēng)機(jī)的缺相、過流等。其中，接功率單元柜的為2臺，切分變壓器柜1臺。

　　PLC，內(nèi)置PID調(diào)節(jié)模塊和程序，可以實現(xiàn)閉環(huán)控制。它還含有模擬量、開關(guān)量模塊，其路數(shù)可根據(jù)用戶要求進(jìn)行定制。

　　人機(jī)界面，設(shè)在控制單元柜前門上，用來提供設(shè)置、監(jiān)視和切換等操作。它分別有數(shù)碼管方式和彩色觸摸屏方式兩種，根據(jù)用戶需求可進(jìn)行選配，分別如下圖所示：

　　液晶觸摸屏操作界面

　　3. 高壓瞬間失電再起動功能特點

　　高壓瞬間失電再起動功能應(yīng)具有以下兩個階段

　　1.當(dāng)變頻器在運(yùn)行當(dāng)中高壓瞬間失電再恢復(fù)時間在9秒內(nèi)，變頻器不停機(jī)，當(dāng)高壓恢復(fù)后自動恢復(fù)到原設(shè)定頻率工作。

　　2.當(dāng)變頻器在運(yùn)行當(dāng)中高壓瞬間失電再恢復(fù)時間超過9秒，在30秒內(nèi)恢復(fù)，變頻器自動重啟動到設(shè)定頻率。

　　九洲電氣PowerSmart6000系列高壓大功率變頻器具有高壓掉電再恢復(fù)功能，可靠保證供電瞬時失電連續(xù)運(yùn)行不跳閘(時間通過軟件可設(shè)定)，變頻裝置瞬時失電后的5個周波之內(nèi)，變頻器運(yùn)行不受任何影響;如果超過5個周波，在9秒內(nèi)，變頻器自動降額運(yùn)行，待輸入電壓恢復(fù)正常后，自動重新提升輸出頻率到給定值。實現(xiàn)此功能

　　控制系統(tǒng)必須采用UPS不間斷電源供電，用于在任何狀態(tài)下，保持控制電源供電穩(wěn)定。UPS同時用于給功率單元內(nèi)的控制板電源，在高壓失電后，控制板能夠繼續(xù)保持運(yùn)行。在變頻器短時高壓失電時，系統(tǒng)快速調(diào)節(jié)變頻器的運(yùn)行頻率，使其在短時間內(nèi)下降到電機(jī)現(xiàn)有轉(zhuǎn)速的同步頻率，再從快速下降狀態(tài)調(diào)節(jié)為PID控制狀態(tài)，動態(tài)調(diào)節(jié)頻率下降速率，將電機(jī)從異步電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒皆偕l(fā)電機(jī)的狀態(tài)，將電機(jī)轉(zhuǎn)子存儲的飛輪動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在變頻器失電其間，保持電機(jī)再生異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，轉(zhuǎn)子中的飛輪動能轉(zhuǎn)換為電能維持系統(tǒng)的消耗。將電容陣列電壓作為關(guān)鍵進(jìn)程點，通過對變頻器輸出頻率下降的速率調(diào)節(jié)，使電容陣列電壓保持在額定狀態(tài)。在變頻器高壓電源恢復(fù)后，變頻器自動跟蹤將輸出頻率快速向上調(diào)節(jié)，當(dāng)測定電流方向變化時，穩(wěn)定頻率輸出延時，防止系統(tǒng)振蕩，最終將頻率升到失電前的數(shù)值。如果在高壓電源長時間超過9秒(時間可通過軟件設(shè)置)失電的情況下，變頻器自動停機(jī)，并輸出報警。此時進(jìn)入第二判據(jù)，30秒內(nèi)高壓是否恢復(fù)，

　　如果高壓恢復(fù)，則自動重啟動變頻器恢復(fù)到原設(shè)定頻率工作，此種情況下對于大慣性負(fù)載，電機(jī)處在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，變頻器必須具有飛車啟動功能才能實現(xiàn)。

　　對于第一階段，需要在DSP內(nèi)編程控制，第二階段則可以通過PLC編程實現(xiàn)。

　　4.飛車啟動功能原理

　　九州電氣變頻器高壓變頻器“飛車啟動”功能采用的是無速度矢量傳感器的方式。我們采用的是把電機(jī)加入搜索電壓后產(chǎn)生的定子電流通過矢量分解，取出轉(zhuǎn)矩電流分量，借觀測轉(zhuǎn)矩電流分量間接觀測轉(zhuǎn)子頻率來實現(xiàn)。當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場速度與電機(jī)轉(zhuǎn)子速度相同時，電機(jī)轉(zhuǎn)子速度既為同步轉(zhuǎn)速。此時，轉(zhuǎn)矩電流分量理論上應(yīng)等于零。但實際終在電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率的搜索過程中，旋轉(zhuǎn)磁場角頻率是變化的。而矢量變換分解轉(zhuǎn)矩電流的變換關(guān)系式是對某一角頻率而言的，頻率搜索時變化補(bǔ)償也不可能無窮小，所以應(yīng)按轉(zhuǎn)矩電流分量“接近于零”搜索。即按轉(zhuǎn)矩電流分量來“搜索”，給定一個最小轉(zhuǎn)矩電流比較值。因為電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場速度低于電機(jī)定子速度時，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，電機(jī)轉(zhuǎn)子將向定子側(cè)反送能量給變頻器電容充電，使變頻器電容電壓泵升過壓，故搜索頻率過程必須從高于電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率起。在變頻器飛車啟動電機(jī)的過程中，可以看到，啟動后變頻器的實際頻率為50Hz，迅速下降，并處于運(yùn)行未接通狀態(tài)，到某一頻率時接通，此時即為變頻器已經(jīng)搜索到電機(jī)實際運(yùn)行頻率，并控制電機(jī)運(yùn)行。在某些情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自由旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向可能與正常運(yùn)行方向相反，變頻器還需要有雙向搜索功能，當(dāng)按正常方向的50Hz起一直到0Hz都搜索不到最小轉(zhuǎn)矩電流，則啟動反向搜索過程，搜索到電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率后，先降速到0Hz再正向加速到給定頻率。

　　在搜索過程中從高于電機(jī)轉(zhuǎn)子的頻率(50Hz)起，如果直接按V/F曲線間輸出滿度電壓，類似于“全壓直接啟動”，電流與轉(zhuǎn)矩沖擊極大。因此電壓取低于滿度電壓的電壓輸出，搜索成功后再使電壓慢慢回升到此頻率下的滿度電壓。即弱化電壓限制電流與轉(zhuǎn)矩沖擊。具有上述飛車啟動功能后，使得高壓掉電再起動功能的實現(xiàn)成為可能。

　　5.PLC編程

　　JZE變頻器采用西門子S2-200 系列可編程控制器，主要包括C226、em223、em235模塊組成，要實現(xiàn)此功能，只需在變頻器高壓失電檢測繼電器上取一常閉觸點送給PLC，作為高壓失電、得電信號。當(dāng)高壓失電時，失電信號送給plc，PLC接受信號后啟動定時器，同時屏蔽高壓失電跳閘輸出，進(jìn)行停機(jī)判斷，如果停機(jī)并且當(dāng)計時大于9秒小于30秒時高壓恢復(fù)，變頻器自動復(fù)位，并進(jìn)行變頻器故障判斷，如果無故障，變頻器啟動，程序流程圖如下：

　　6. 人機(jī)界面設(shè)計

　　在觸摸屏上創(chuàng)建如圖界面，由于變頻器應(yīng)用場所不同，有些時候并需要高壓失電再起功能，因此，此功能設(shè)置開啟和關(guān)閉按鈕以方便用戶操作，當(dāng)點擊“開啟”按鈕時，程序設(shè)定開啟飛車啟動功能，同時置位plc內(nèi)再啟動功能程序段，使在啟動程序有效，開啟高壓失電再啟動功能。當(dāng)點擊‘關(guān)閉’按鈕時則關(guān)閉飛車啟動功能，跳過plc再啟動功能程序段，從而關(guān)閉高壓失電再啟動功能。

　　總結(jié)：高壓變頻器的可靠性是任何應(yīng)用場合都必須具有的，而高壓失電再啟動功能的實現(xiàn)，極大地方便了用戶的需要，尤其在非常重要的場所，使得用戶整個系統(tǒng)的可靠性有所提高，在實際應(yīng)用意義重大。