日立大容量變頻器中電壓傳感器的應(yīng)用及故障案例
發(fā)布時(shí)間：2019-08-02 15:45:16來源：
隨著越來越多的新技術(shù)的發(fā)展，電壓傳感器也得到了進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。例如傳動(dòng)系統(tǒng)的變頻器和整流器、不間斷電源、有源濾波器、無功補(bǔ)償、電池充放電、半導(dǎo)體保護(hù)、驅(qū)動(dòng)保護(hù)等設(shè)備或系統(tǒng)中，大量使用了各種各樣的電壓傳感器。電壓傳感器的作用是自動(dòng)檢測(cè)電壓，從而使我們能夠?qū)υO(shè)備或系統(tǒng)的電壓進(jìn)行控制和顯示，必要時(shí)采取過壓、欠壓等自動(dòng)保護(hù)措施。
本文主要介紹電壓傳感器在日立大容量hivectol變頻傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
本文主要介紹電壓傳感器在日立大容量hivectol變頻傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
2 電壓傳感器在日立大容量hivectol變頻器中的應(yīng)用
日立大容量hivectol變頻器主要用于冷軋軋機(jī)大馬達(dá)主傳動(dòng)。大容量變頻器為交－直－交三電平式變頻器，由整流器柜、逆變器柜及公共控制柜、進(jìn)線柜以及輸出隔離開關(guān)柜等組成，其中整流器采用功率因素控制、電壓控制、矢量控制及三電平pwm控制，逆變器采用速度控制、矢量控制和三電平pwm控制。變頻器的功率元件采用三菱大功率igbt，規(guī)格為3.3kv/1.2ka。整流器或逆變器比較大功率可達(dá)8800kva，兩套并聯(lián)可組成比較大17600kva的傳動(dòng)系統(tǒng)。
該變頻器采用了某公司兩種型號(hào)規(guī)格的電壓傳感器，一種是em010系列中的em010-9318，另一種是vs系列中的vs4200b，兩種電壓傳感器在變頻器中的使用情況見圖1所示。
日立大容量hivectol變頻器主要用于冷軋軋機(jī)大馬達(dá)主傳動(dòng)。大容量變頻器為交－直－交三電平式變頻器，由整流器柜、逆變器柜及公共控制柜、進(jìn)線柜以及輸出隔離開關(guān)柜等組成，其中整流器采用功率因素控制、電壓控制、矢量控制及三電平pwm控制，逆變器采用速度控制、矢量控制和三電平pwm控制。變頻器的功率元件采用三菱大功率igbt，規(guī)格為3.3kv/1.2ka。整流器或逆變器比較大功率可達(dá)8800kva，兩套并聯(lián)可組成比較大17600kva的傳動(dòng)系統(tǒng)。
該變頻器采用了某公司兩種型號(hào)規(guī)格的電壓傳感器，一種是em010系列中的em010-9318，另一種是vs系列中的vs4200b，兩種電壓傳感器在變頻器中的使用情況見圖1所示。
圖1 電壓傳感器在變頻器中的使用
2.1 電壓傳感器簡(jiǎn)介
em010-9318和vs4200b電壓傳感器各有它們自己的特點(diǎn)，下面分別進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，詳細(xì)情況可參考abb產(chǎn)品樣本和有關(guān)文獻(xiàn)。
2.1.1 em010-9318電壓傳感器
em010-9318電壓傳感器是一種采用閉環(huán)霍爾效應(yīng)技術(shù)的電子式變壓器，由于原、副邊之間采取了電氣絕緣，它可以測(cè)量直流電壓、交流電壓、脈沖電壓等，工作原理如圖2所示。要測(cè)量的電壓up直接加到傳感器原邊的端子ht+（高壓正極）和ht-（高壓負(fù)極）上。原邊必須串一個(gè)輸入電阻re，與線圈電阻rp相串聯(lián)，以限制電流ip和傳感器的發(fā)熱。本系統(tǒng)使用的電壓傳感器的輸入電阻re是在產(chǎn)品制造時(shí)集成在內(nèi)部的，稱為校準(zhǔn)型em010電壓傳感器，如果輸入電阻re是外接的，則稱為非校準(zhǔn)型em010電壓傳感器。
em010-9318和vs4200b電壓傳感器各有它們自己的特點(diǎn)，下面分別進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，詳細(xì)情況可參考abb產(chǎn)品樣本和有關(guān)文獻(xiàn)。
2.1.1 em010-9318電壓傳感器
em010-9318電壓傳感器是一種采用閉環(huán)霍爾效應(yīng)技術(shù)的電子式變壓器，由于原、副邊之間采取了電氣絕緣，它可以測(cè)量直流電壓、交流電壓、脈沖電壓等，工作原理如圖2所示。要測(cè)量的電壓up直接加到傳感器原邊的端子ht+（高壓正極）和ht-（高壓負(fù)極）上。原邊必須串一個(gè)輸入電阻re，與線圈電阻rp相串聯(lián)，以限制電流ip和傳感器的發(fā)熱。本系統(tǒng)使用的電壓傳感器的輸入電阻re是在產(chǎn)品制造時(shí)集成在內(nèi)部的，稱為校準(zhǔn)型em010電壓傳感器，如果輸入電阻re是外接的，則稱為非校準(zhǔn)型em010電壓傳感器。
圖2 em010-9318電壓傳感器的工作原理
根據(jù)圖2的em010型電壓傳感器工作原理，當(dāng)原邊電流ip通過電阻re流過傳感器原邊線圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁力線，磁力線集中在磁芯周圍，內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電極產(chǎn)生一個(gè)與磁力線成正比的電壓vh，電子電路把該電壓放大并轉(zhuǎn)變成二次側(cè)電流is。根據(jù)反作用原理，副邊電流is乘以副邊線圈匝數(shù)ns等于原邊電流ip乘以原邊線圈匝數(shù)np，即公式np×ip=ns×is永遠(yuǎn)成立。因此，副邊輸出電流is在任何時(shí)候都與原邊電壓成精確的比例關(guān)系。副邊電流is通過測(cè)量電阻rm，因此，測(cè)量電阻rm兩端的測(cè)量電壓vm也就與原邊電壓up成精確的比例關(guān)系，即通過檢測(cè)測(cè)量電壓vm可求出原邊電壓up。
電壓傳感器測(cè)量的是瞬時(shí)電壓值。
em010-9318電壓傳感器的主要特點(diǎn)是原副邊回路間有電氣絕緣、可以測(cè)量各種波形（直流電壓、交流電壓、脈沖等）、精度高、可靠性高。
2.1.2 vs4200b電壓傳感器
vs4200b電壓傳感器是一種基于電子技術(shù)且僅使用電子部件的電壓傳感器，與應(yīng)用閉環(huán)式或開環(huán)式霍爾效應(yīng)技術(shù)的傳感器相比，該電壓傳感器不使用磁芯或霍爾電極，由于原副邊回路之間具備電氣絕緣，可以測(cè)量直流電壓或交流電壓，如圖3所示。要測(cè)量的電壓up直接加到傳感器原邊的端子ht+（高壓正極）和ht-（高壓負(fù)極或地）。電壓up通過絕緣放大器轉(zhuǎn)化成副邊的輸出電流is，副邊電流is與原邊電壓之間為電氣絕緣，副邊電流is與原邊電壓up成精確的比例關(guān)系。副邊電流is通過測(cè)量電阻rm，因此，測(cè)量電阻rm兩端的測(cè)量電壓vm也就與原邊電壓up成精確的比例關(guān)系。
電壓傳感器測(cè)量的是瞬時(shí)電壓值。
em010-9318電壓傳感器的主要特點(diǎn)是原副邊回路間有電氣絕緣、可以測(cè)量各種波形（直流電壓、交流電壓、脈沖等）、精度高、可靠性高。
2.1.2 vs4200b電壓傳感器
vs4200b電壓傳感器是一種基于電子技術(shù)且僅使用電子部件的電壓傳感器，與應(yīng)用閉環(huán)式或開環(huán)式霍爾效應(yīng)技術(shù)的傳感器相比，該電壓傳感器不使用磁芯或霍爾電極，由于原副邊回路之間具備電氣絕緣，可以測(cè)量直流電壓或交流電壓，如圖3所示。要測(cè)量的電壓up直接加到傳感器原邊的端子ht+（高壓正極）和ht-（高壓負(fù)極或地）。電壓up通過絕緣放大器轉(zhuǎn)化成副邊的輸出電流is，副邊電流is與原邊電壓之間為電氣絕緣，副邊電流is與原邊電壓up成精確的比例關(guān)系。副邊電流is通過測(cè)量電阻rm，因此，測(cè)量電阻rm兩端的測(cè)量電壓vm也就與原邊電壓up成精確的比例關(guān)系。