电压传感器在日立大容量变频器中的应用及

图4 电压传感器输出信号处理原理图

整流器/或逆变器的电压信号规定为6v对应设备额定电压。
2.3.1 em010-9318电压传感器检测回路有关参数确定
整流器有关参数如下：
输出p-0-n额定电压为直流3300v，即p-0或0-n为1650v。
em010-9318的有关参数如下：
u_pn=2000v、i_sn=50ma
则1650v电压时em010-9318输出电流为i_s＝（1650/2000）×50＝41.25ma
输出测量电阻计算为r_m＝v_m/is＝6/0.04125＝145.45ω
实际取三个电阻150ω∥10kω∥10kω并联，并联后的阻值为145.63ω。
对应的测量电压为：v_m＝145.63×0.04125＝6.01v
取滤波时间常数为47μs、放大倍数为1，则反馈系数调整值为6/6.01= 0.999倍，从而保证了电压控制信号6v对应于整流器输出额定电压dc 3300v。
2.3.2 vs4200b电压传感器检测回路有关参数确定
逆变器有关参数如下：
u、v、w各相线间输出额定电压为交流1750v。
vs4200b的有关参数如下：
u_pn=4200v、i_sm=50ma
则4200v电压时vs4200b输出电流为i_s＝（1750×1.414/42000）×50＝29.46 ma
输出测量电阻计算为r_m＝v_m/is＝6/0.02946=203.67 ω
实际取两个电阻150ω∥10kω并联，并联后的阻值为147.78ω。
对应的测量电压为：v_m＝147.78×0.02946＝4.354v
取滤波时间常数为330μs、放大倍数为1，则反馈系数调整值为6/4.354=1.378倍。
为什么实际电阻采用150ω而不用其它数值的电阻以接近计算值203.67 ω呢？主要是考虑到硬件的标准化问题，因为测量电阻都安装在控制板的接口板上，各电压传感器都是通过接口板再输入到控制板内的，该板子上安装的电阻为150ω和10kω。另外通过软件修改反馈系数调整值也比焊接电阻方便很多。

3 电压传感器典型故障案例说明
某厂使用的日立大容量hivectol变频器曾多次因电压传感器异常而导致变频器跳电的故障，由于对故障现象分析比较困难，故障判断、处理时间比较长，最长的故障时间多达7个小时，严重影响到机组的正常生产。经过实践与摸索和总结，找到了故障特点，后续发生类似故障时就比较驾轻就熟了。下面对两种电压传感器各举一个典型故障案例进行分析说明，以供大家借鉴。
3.1 em010-9318电压传感器故障案例
变频器中实际使用了4个em010-9318电压传感，见图5。其中pt1、pt2用于整流器充放电控制、输出直流电压控制以及过压检测保护，而pt3、pt4用于逆变器的过压检测保护。
2007年9月26日，一台变频器突然发生直流母排过电压跳电故障,故障代码为dc over voltage，直流过电压的主要原因以及分析思路如图6。

图5 em010-9318电压传感的使用情况

图6 直流母排过电压的主要原因

用高压电压表检查测量母排实际电压，p-0间电压为1650v（额定电压），而0-n间电压为1750v，该母排间电压过高。
再检查变频器内故障记录数据，发现pt4检测出的电压为110%，其它三个pt检测出的电压值均为100%。（正常时电压为100%，电压超过10%时过电压报警跳电）。
由于0-n母排间实测电压过高，电压传感器pt4测量值是正确的，而相同母排上另一个电压传感器pt2测量值是错误的，pt2有异常。
为什么pt2异常而检测出的数值却无“异常”呢？可以如下解释：
pt2输出的信号是用于整流器电压反馈控制的，pt2正常时1650v母排电压对应pt2输出信号为100%，当pt2有异常时，1650v电压对应pt2输出就不是100%了，而是只有94.29%（＝1650/1750×100%）,而整流器电压给定值为100%，于是整流器内电压调节器avr就要自动调节，直到反馈值与给定值一致，即一直要反馈值到（pt2输出）100%为止，而此时0-n侧母排对应的实际电压为1750v（=100%/94.29%x1650v）。
更换pt2后，0-n母排间电压恢复为1650v，4个pt检测出的电压值均为100%。
3.2 vs4200b电压传感器故障案例
变频器实际上使用了2个vs4200b电压传感pt5、pt6，见图7所示。用于逆变器输出u、v、w三相交流电压控制以及过压检测保护。

图7 vs4200b电压传感的使用情况

2008年11月2日，一台变频器突然发生电压合理性异常跳电故障,故障代码为voltage rationality abnormal，该故障的主要原因以及分析思路如图8所示。

图8 电压合理性异常故障的主要原因

电压合理性异常是指一次侧电压给定值e_qact与电压实际值e_qact不一致，如果两者偏差超过30%就判断为电压合理性异常，发出重故障跳电，以保护传动系统防止事故扩大化。
其中e_q是交流电动机等效电动势e的q轴分量。在低速时（基速以下），e与电动机速度有关，所以通过脉冲发生器plg检测出电动机的实际速度，根据速度值计算出e_q实际电压值e_qact；而在高速时（基速以上），则通过pt5、pt6检测出实际电压u_uw、u_vw和其它参数计算出eq电压实际值e_qact。
当逆变器输出侧电压传感器pt6出现异常时，测量出的v、w相之间的电压值u_vw不正常（电压波形正半部分峰值明显偏小），见图9所示。从而使控制器矢量变换计算e_q出错，最终电压给定值e_qact与电压实际值e_qact不一致，当两者偏差大于30%时发出故障报警。
更换电压传感器pt6后，v、w相之间的电压值u_vw变为正常，“电压合理性异常”故障也消失了。

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