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日立大容量變頻器中電壓傳感器的應用及故障案例

發布時間:2019-08-02 15:45:16來源:

隨著越來越多的新技術的發展,電壓傳感器也得到了進一步發展和應用。例如傳動系統的變頻器和整流器、不間斷電源、有源濾波器、無功補償、電池充放電、半導體保護、驅動保護等設備或系統中,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檢測電壓,從而使我們能夠對設備或系統的電壓進行控制和顯示,必要時采取過壓、欠壓等自動保護措施。
本文主要介紹電壓傳感器在日立大容量hivectol變頻傳動系統中的應用。
2 電壓傳感器在日立大容量hivectol變頻器中的應用
日立大容量hivectol變頻器主要用于冷軋軋機大馬達主傳動。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、進線柜以及輸出隔離開關柜等組成,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,規格為3.3kv/1.2ka。整流器或逆變器比較大功率可達8800kva,兩套并聯可組成比較大17600kva的傳動系統。
該變頻器采用了某公司兩種型號規格的電壓傳感器,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 電壓傳感器簡介
em010-9318和vs4200b電壓傳感器各有它們自己的特點,下面分別進行簡單介紹,詳細情況可參考abb產品樣本和有關文獻。
2.1.1 em010-9318電壓傳感器
em010-9318電壓傳感器是一種采用閉環霍爾效應技術的電子式變壓器,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-(高壓負極)上。原邊必須串一個輸入電阻re,與線圈電阻rp相串聯,以限制電流ip和傳感器的發熱。本系統使用的電壓傳感器的輸入電阻re是在產品制造時集成在內部的,稱為校準型em010電壓傳感器,如果輸入電阻re是外接的,則稱為非校準型em010電壓傳感器。

圖2 em010-9318電壓傳感器的工作原理
根據圖2的em010型電壓傳感器工作原理,當原邊電流ip通過電阻re流過傳感器原邊線圈時會產生磁力線,磁力線集中在磁芯周圍,內置在磁芯氣隙中的霍爾電極產生一個與磁力線成正比的電壓vh,電子電路把該電壓放大并轉變成二次側電流is。根據反作用原理,副邊電流is乘以副邊線圈匝數ns等于原邊電流ip乘以原邊線圈匝數np,即公式np×ip=ns×is永遠成立。因此,副邊輸出電流is在任何時候都與原邊電壓成精確的比例關系。副邊電流is通過測量電阻rm,因此,測量電阻rm兩端的測量電壓vm也就與原邊電壓up成精確的比例關系,即通過檢測測量電壓vm可求出原邊電壓up。
電壓傳感器測量的是瞬時電壓值。
em010-9318電壓傳感器的主要特點是原副邊回路間有電氣絕緣、可以測量各種波形(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且僅使用電子部件的電壓傳感器,與應用閉環式或開環式霍爾效應技術的傳感器相比,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,可以測量直流電壓或交流電壓,如圖3所示。要測量的電壓up直接加到傳感器原邊的端子ht+(高壓正極)和ht-(高壓負極或地)。電壓up通過絕緣放大器轉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成精確的比例關系。副邊電流is通過測量電阻rm,因此,測量電阻rm兩端的測量電壓vm也就與原邊電壓up成精確的比例關系。

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