变频器信号采集、分析及故障监测系统
黄灵芝1，刘玉军2
(1.辽宁科技学院自控系，辽宁本溪 117022； 2.北台钢铁集团)
摘 要：介绍一种对变频器的关键电量进行监测和记录的系统的设计，本系统已经在某钢厂的轧钢生产线上应用，帮助在线监控主轧辊的变频器运行状况、分析信号，如分析谐波等。
关键词：变频器；信号采集；信号分析；故障监测；labview
signal collection、 analyzing and faults inspecting system of th e inverters
huang lingzhi, liu yujun
(dept. of automatic control, liaoning institute of science and techno logy, benxi 117022, china)
abstract: a design for measuring and recording the key el ectrica l parameters of the inverters was introduced. the system has been used on a steel production line and helped people inspect and record the running status and analyze the signal of the inverters, such as harmonious.
key words: inverters; signal collection; signal analyzing; fault s inspecting; labview
维护、维修、测试变频调速器的工作日趋重要。尤其是直接转矩控制的变频器，速度响应快，发生过流故障时，要求在电流超过定值10μs igbt就保护动作，所以，检测和研究变频器需要高速的采集和测试平台。下面是针对高速线材轧辊用的变频器设计的测试平台，主轧辊采用直接转矩控制的交-直-交型变频器控制。
测试平台采用工控机在线检测系统，真实而快速地显示并存储变频器的主要电量。检测系统由工控机、适合变频器信号采集的霍尔传感器，高频数据采样卡和相应的数据分析软件组成。由于变频器允许过流时间很短(一般10μs)，为了记录故障前后的电量，选用高频差分16通道数据采集卡。主要测量变频器的u相输入电流，uv、vw相输入电压，变频器的三相输出电流和电压及变频器的直流电压、直流电流，共11个信号。
pci-mio-16e-i是ni公司的高性能数据采集卡，采样频率高达1.25mhz。数据采集卡本身有一个高速的cpu，不依赖工控机，可以实现高速率的数据采集。
采集的11路信号都采用霍尔元件作为传感器，其接线原理如图1所示。
分析软件选用labview，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能。数据采集卡采样频率1.25mhz，平均每路信号采样率为114khz。变频器最大载波频率一般为15khz，所以，对大多数变频器来说都可很好的测试信号及其主要谐波。
对变频器的波形观察和记录的程序如图2所示。程序还可用于特殊过程的监测，如起动及制动过程的监测和记录。通过运行程序，从面板waveform graph中可以观察到变频器的各个信号的实时状况；需要记录时按ok按钮，可在面板上标记为store按钮，用软件触发程序开始记录数据。aiconfig中的channels可根据数据采集卡接线的顺序，正确设定要记录的各个参量的名称。如果研究起动、制动特性，可以在起制动前一时刻或起制动的当时，按下store按钮，记录起制动过程中的数据，分析影响变频器起制动的参数设定是否合理。
对变频器正常运行时的信号的定期记录可以采用图3所示的程序。
图3为定期采集数据的程序，从里到外共三个循环，最里面的循环完成一次要采集和记录全部数据。max#of scans to设定了每次要记录的数据总数；#of scans to write at a time设定每次程序要写入的数据；如果每天记录的次数较多，占用空间大，最好选用二进制，因为数据以二进制格式写入最节省空间，如图所示。被采集的11个信号的名称分别填写在aiconfig的channels内，如变频器的uv相输出电压，直流母线电压等等。采样速率由aistart的scan rate手动框设定。
每次程序采集并记录的数据文件自动生成，由左上角内标1的虚线框完成，例如在c盘上建一个inverter子目录，在2004年4月10日15：30：40开始执行程序，第一个数据记录的文件名称为，c:＼inverter＼2005-4-17 time 15.30.40，以后每个循环所记录的数据也会按照当时开始采集的时间命名。这个时间的写入由内标2的程序完成，称头文件。
轧钢时，非常关心变频器的谐波是否影响电网及负荷正常工作，我们采用图4所示的程序来监测变频器的某一信号的谐波。本程序用的是平均功率谱函数，power.v；它可以选择加窗的样式，用window设置。如0：uniform；1：hanning；2：hamming；3：blackmanharris。缺省值为hanning窗。按照香农采样定律，对要分析的高次谐波，采样率至少设定为其频率的2倍；采样率可达到1.25mhz。如果需要记录当前的波形，在程序中设置一个ok按钮，按下则记录波形。以后用读数据的程序将数据读出可再进行谐波分析，读程序在这里不再累述。
为记录变频器故障，应用了数字触发功能，
