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變頻器電流顯示產(chǎn)生誤差的原因及解決方案
2022-06-20

1 引言 在我廠擬薄水鋁石工程試車過程中，有5臺(tái)5.5kW的洗液泵采用了富士7.5kW變頻器變頻調(diào)速，試車過程比較順利，只是變頻器的輸出電流在控制柜、現(xiàn)場(chǎng)控制箱、威盛FB2000 DCS集散控制系統(tǒng)的顯示器上誤差比較大。在接近額定負(fù)載時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制箱和DCS集散控制系統(tǒng)的顯示器上有很小的電流在3A以下，控制柜在5A以下;在空載或負(fù)載較小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)控制箱和DCS集散控制系統(tǒng)的顯示器上沒有電流顯示，控制柜上的電流很小。我們對(duì)變頻器電流回路進(jìn)行了檢查和分析：控制柜、現(xiàn)場(chǎng)控制箱上安裝的是42L6型整流系電流表，電流互感器為單匝LMZJ1-0.5 20/5，電流信號(hào)取自變頻器的電源側(cè)，現(xiàn)場(chǎng)控制箱和主控室距離變頻柜并不遠(yuǎn)，在30m左右，電流回路接線正常，電流互感器也沒有超載，原因何在？根據(jù)分析，電流顯示誤差的原因有以下幾點(diǎn)。 2 電流顯示誤差的原因 2.1 變頻器電源側(cè)電流波形畸變且含有較大的高次諧波 由于變頻器在電源側(cè)采用不可控整流橋，中間直流回路安裝有較大的濾波電容，導(dǎo)致變頻器電源輸入側(cè)電流波形是輸入電壓波形峰值處帶雙尖峰的間斷脈沖，電流脈沖寬度在負(fù)載較大時(shí)稍寬，負(fù)載小時(shí)很窄，這種畸變的電流波形含有大量的諧波，電流脈沖峰值比平均值大得多，這種畸變的電流的波形系數(shù)為電流脈沖寬度百分比的開方，由于小型變頻器在中間直流回路一般沒有加裝功率因數(shù)校正直流電抗器，有效值達(dá)到了平均值的2～3倍，而且呈非線性，負(fù)載較小時(shí)，有效值相對(duì)較平均值更大一些。 2.2 電流表選型不正確 42L6型整流系電流表是按電流平均值原理來(lái)測(cè)量電流的，它是在測(cè)量50Hz完全正弦波時(shí)，按1.11倍的波形系數(shù)進(jìn)行校正的，在50Hz完全正弦波或波形誤差不是太大的情況下，能正確或基本上反映電流有效值的大小，對(duì)于變頻器輸入側(cè)這種波形畸變的脈沖電流，將出現(xiàn)較大的誤差，并且由于這種波形畸變的電流的有效值與平均值呈非線性，不同的電流段有不同的誤差，在電路上采取相應(yīng)的補(bǔ)償校正措施比較困難。 2.3 電流互感器本身存在固有的誤差 我們都知道，電流互感器本身的磁化力等于原邊磁化力和副邊磁化力的矢量和即：I0W0＝I1W1＋I(xiàn)2W2主要與鐵芯的導(dǎo)磁率有關(guān)。電流互感器電流誤差△I的大小與其本身所需的磁化力、一次電流的大小及高頻下相對(duì)較大的漏磁通、磁滯損耗有關(guān)。電流互感器本身所需的磁化力越大，電流誤差△I也越大;電流互感器一次電流小得多時(shí)，電流誤差△I會(huì)很大;電流互感器尺寸較大時(shí)，高頻下的漏磁通、磁滯損耗會(huì)較大，電流誤差△I也會(huì)變大。由于目前常用的如LMZ、LMZJ等型號(hào)的小變比單匝電流互感器外形尺寸大小、導(dǎo)磁用材料基本相同，一次額定電流均在200A以上，當(dāng)一次電流增大到額定電流附近時(shí)電流互感器本身的磁化力和高頻下的漏磁通、磁滯損耗是可以相對(duì)減小到一定程度，可使電流誤差△I最小。但是洗液泵一次電流太小，正常運(yùn)行時(shí)為10A左右，一次電流在鐵芯中產(chǎn)生的磁化力不足以維持電流互感器本身的磁化力，另外，變頻器電源側(cè)含有的高次諧波使電流互感器的漏磁通、磁滯損耗也相對(duì)較大，反映到二次側(cè)的電流就很小，這樣在電流互感器二次負(fù)載并不大的情況下電流互感器的變比誤差會(huì)很大。 2.4 控制電纜的容抗使電流表數(shù)值降低 為了縮短變頻器與電機(jī)之間的動(dòng)力電纜長(zhǎng)度，變頻器一般設(shè)置在距離電機(jī)不遠(yuǎn)的地方，相對(duì)來(lái)說控制電纜也不是太長(zhǎng)，但是變頻器電源輸入側(cè)的電流中含有大量高次諧波，控制電纜本身有一定的電容量，對(duì)于高次諧波來(lái)說，控制電纜的容抗相對(duì)比較小，反映到電流互感器二次回路中的部分高效次諧波沒有通過電流表，而直接通過了控制電纜電容返回了電源側(cè)，實(shí)際通過電流表的電流減小了，這一點(diǎn)從變頻器柜上電流表和現(xiàn)場(chǎng)控制箱上電流表指示值相差較大的實(shí)際情況可以得到證實(shí)。 3 解決的對(duì)策 根據(jù)以上的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，我們提出了相應(yīng)的對(duì)策： 3.1 改變電流互感器安裝的位置 將對(duì)變頻器電流的采樣從變頻器輸入側(cè)移至輸出側(cè)，主要原因有： （1） 變頻器輸出側(cè)電流中雖然也含有大量的高次諧波，但由于變頻器采用正弦波SPWM調(diào)制，輸出電流波形接近正弦波，有效值是平均值的1.2～1.5倍，采用整流系儀表顯示時(shí)，可以通過適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)其誤差進(jìn)行補(bǔ)償。 （2） 由于變頻器電源輸入側(cè)電流波形是輸入電壓波形峰值處帶雙尖峰的間斷脈沖，輸出側(cè)電壓波形是等高而寬度按正弦波形變化的矩形脈沖，輸入和輸出側(cè)的電流波形是在相同的電壓（最大值）下形成的，在輸入側(cè)和輸出側(cè)的電流應(yīng)基本相同，在輸出側(cè)對(duì)變頻器電流進(jìn)行測(cè)量不會(huì)引起大的誤差，而且在輸出側(cè)對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量，從電機(jī)角度來(lái)說更符合實(shí)際。 3.2 對(duì)電流表選型 隨著技術(shù)的發(fā)展，能夠反映電流有效值測(cè)量工具越來(lái)越多，但是都比較昂貴。變頻器說明書上推薦使用電磁式電流表，它是利用電流信號(hào)產(chǎn)生的磁場(chǎng)使固定鐵片和可動(dòng)鐵片相互吸引或排斥，帶動(dòng)測(cè)量機(jī)構(gòu)偏轉(zhuǎn)而指示電流值的，測(cè)量機(jī)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)角近似與所測(cè)電流的平方成正比，基本上能反映含高次諧波電流的有效值。但這種型號(hào)的電流表準(zhǔn)確度相對(duì)較低，在電流較小時(shí)，誤差較大;由于它利用磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)且本身磁場(chǎng)較弱，易受外磁場(chǎng)的影響，有時(shí)誤差會(huì)大一些。在將電流互感器的位置移至輸出側(cè)后，由于電流波形趨于正弦波，有效值和平均值差值不是太大，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電流顯示要求不是太高的情況下可采用1T1動(dòng)鐵式電流表或整流系儀表（但需進(jìn)行補(bǔ)償）均可，我們?nèi)匀徊捎昧嗽?2L6-A 20/5整流系電流表對(duì)變頻電流進(jìn)行顯示。 3.3 解決電流互感器本身固有誤差的辦法 采用增大一次電流的方法，在電流互感器的一次側(cè)增加一定的匝數(shù)，將電流互感器一次側(cè)電流調(diào)整到100A左右，使電流互感器本身的磁化力和漏磁通達(dá)到比較小的程度。 為此，我們作了如下的改動(dòng)，在變頻器輸出側(cè)增加200/5的電流互感器，在200/5的電流互感器一次側(cè)纏繞13匝，實(shí)際變比為15.385/5，在二次側(cè)比20/5電流互感器多計(jì)量電流30%，可用于補(bǔ)償有效值和平均值之間的誤差和二次回路中的各種損耗。實(shí)際電流互感器按20/5計(jì)算。這樣做的目的是在電流互感器一次側(cè)增加電流值時(shí)，實(shí)際的電流互感器變比并不變，與原有設(shè)計(jì)相符（只需在更換后的電流互感器上掛牌標(biāo)明原變比和實(shí)際變比，以備日后核查）。這樣按正常時(shí)洗液泵電機(jī)回路電流10A計(jì)算，電流互感器一次側(cè)在纏繞13匝后電流可以達(dá)到130A左右，從而使電流互感器本身的磁化力和高次諧波引起的漏磁通達(dá)到相對(duì)比較小的程度，而高次諧波引起的磁滯、渦流等各種損耗也由于二次回路的去磁作用不會(huì)明顯增大，相對(duì)保持在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。我們首先對(duì)變頻器柜上電流顯示回路進(jìn)行了改造，電流對(duì)比如附表所示，附表中用42L6-A顯示的電流仍存在一些誤差，但在對(duì)電流顯示要求不是太高的情況下，采用這一方法是可行的。 3.4 解決現(xiàn)場(chǎng)控制箱上電流誤差的辦法 從變頻器柜到現(xiàn)場(chǎng)控制箱的點(diǎn)電纜有30m左右，為減小電纜帶來(lái)的傳輸誤差，我們利用了現(xiàn)場(chǎng)控制箱相對(duì)比較大和洗液泵主回路電纜截面比較小的有利條件，在現(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)加裝了一個(gè)電流互感器，把主回路電纜穿入了控制箱，從主回路的一相上取得了電流信號(hào)。直接在控制箱上采用42L6型電流表進(jìn)行顯示。 3.5 解決主控室變頻調(diào)速電機(jī)電流誤差的方法 由于變頻器室接近電機(jī)負(fù)載，相對(duì)增加了變頻器柜與主控室的距離，同樣為了減小電纜帶來(lái)的傳輸誤差，在變頻器輸出側(cè)增加200/5的電流互感器，一次側(cè)纏繞13匝的基礎(chǔ)上，又在變頻器柜內(nèi)增加了BS4I型電流變送器，將電流互感器回路的0～5A含有大量高次諧波的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?～20mA直流信號(hào)，通過原電纜傳輸至主控室計(jì)算機(jī)柜，在計(jì)算機(jī)柜上采用RZG－21004～20mA/4～20mA信號(hào)隔離器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)與主控室信號(hào)的隔離，保障計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全。 4 結(jié)束語(yǔ) 通過以上改動(dòng)后，變頻器柜、主控室、現(xiàn)場(chǎng)控制箱上電流顯示雖然仍存在一些誤差，但在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電流顯示要求不是太高的情況下，基本上能滿足對(duì)電流顯示的要求，是一種比較實(shí)用的解決變頻電流顯示的方法。

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