蓝海华腾高压变频装置蓝海华腾高压瞬间失电问题的解决方案
蓝海华腾高压变频装置蓝海华腾高压瞬间失电问题的解决方案
在节能降耗、保护环境作为国家工作重点的大环境下，最有效的节能产品蓝海华腾高压变频器应用越来越广，为适应用户的各种要求，变频器的功能日趋多样化，但由于蓝海华腾高压变频器大多应用于比较重要的场合，此环节出问题会造成不同程度的损失，而在各种应用场所，都存在蓝海华腾高压瞬间失电的情况，如工厂的两路电源切换，电网出现故障瞬间恢复等，一般的蓝海华腾高压变频器在输入电压跌落超过一定时间或是输入掉电后变频器便会保护停机，或者是最多支撑运行几秒钟后停机，此种现象在我国已发生多起并导致机组停机（包括一些应用进口蓝海华腾高压变频器在内的一些实例）。
蓝海华腾高压变频器在现场实际应用的需要，对变频器在运行中蓝海华腾高压瞬间失电9秒内不停机，在30秒（可设定）内 蓝海华腾高压恢复后，变频器自动重启机的功能实现进行阐述。
蓝海华腾高压变频器的控制组成
控制基本组成框图
控制单元柜主要由主控制器、温控器、风机保护器、人机界面（彩色触摸屏）、PLC、嵌入式微机、开关电源、EMI模块、隔离变压器、空气开关、接触器、继电器、模拟量模块、开关量模块等组成。
主控制器，由总线板、电源单元、CPU单元、接口单元、3个相控单元及开关量、模拟量的输入、输出子模块等组成。它是变频器的控制核心，由两片DSP及多片FPGA、CLPD等构成，通过优质光纤将PWM信号传送到功率单元中，从而实现了高可靠的控制。
温控器，可以接3个感温探头，来测试切分变压器的温度，并提供告警或保护节点。
风机保护器，有3台，用来监控风机的缺相、过流等。其中，接功率单元柜的为2台，切分变压器柜1台。
PLC，内置PID调节模块和程序，可以实现闭环控制。它还含有模拟量、开关量模块，其路数可根据用户要求进行定制。
蓝海华腾高压瞬间失电再起动功能特点
蓝海华腾高压瞬间失电再起动功能应具有以下两个阶段
3.1.当变频器在运行当中蓝海华腾高压瞬间失电再恢复时间在9秒内，变频器不停机，当蓝海华腾高压恢复后自动恢复到原设定频率工作。
方案：
变频装置瞬时失电后的5个周波之内，变频器运行不受任何影响；如果超过5个周波，在9秒内，变频器自动降额运行，待输入电压恢复正常后，自动重新提升输出频率到给定值。实现此功能。
控制系统必须采用UPS不间断电源供电，用于在任何状态下，保持控制电源供电稳定。UPS同时用于给功率单元内的控制板电源，在蓝海华腾高压失电后，控制板能够继续保持运行。在变频器短时蓝海华腾高压失电时，系统快速调节变频器的运行频率，使其在短时间内下降到电机现有转速的同步频率，再从快速下降状态调节为PID控制状态，动态调节频率下降速率，将电机从异步电动机的运行状态转变为异步再生发电机的状态，将电机转子存储的飞轮动能转变为电能。在变频器失电其间，保持电机再生异步发电机状态运行，转子中的飞轮动能转换为电能维持系统的消耗。将电容阵列电压作为关键进程点，通过对变频器输出频率下降的速率调节，使电容阵列电压保持在额定状态。在变频器蓝海华腾高压电源恢复后，变频器自动跟踪将输出频率快速向上调节，当测定电流方向变化时，稳定频率输出延时，防止系统振荡，最终将频率升到失电前的数值。如果在蓝海华腾高压电源长时间超过9秒（时间可通过软件设置）失电的情况下，变频器自动停机，并输出报警。此时进入第二判据，30秒内蓝海华腾高压是否恢复，
如果蓝海华腾高压恢复，则自动重启动变频器恢复到原设定频率工作，此种情况下对于大惯性负载，电机处在旋转状态，变频器必须具有飞车启动功能才能实现。
3.2.当变频器在运行当中蓝海华腾高压瞬间失电再恢复时间超过9秒，在30秒内恢复，变频器自动重启动到设定频率。
飞车启动：
什么是“飞车启动”？为什么变频器可以自如地从变频切换到工频却不能从工频切换到变频？
一般地说，变频器驱动电机均为零速启动，即电机转子静止时启动。“飞车启动”是指当电机转子旋转时，将变频器输出的某一定大小、一定频率的电压加在电动机上启动的过程。“飞车启动”需要解决的技术问题是当变频器输出电压加在电动机上时，由于电动机的反电动势和变频器输出电压多数情况不同步（相位和大小不等），使变频器和电机承受着冲击电流，一般为额定电流的2~3 倍。如何使得变频器输出和电机反电动势同步，消除冲击电流是“飞车启动”的技术关键。（通常采用延迟法,等反电动势消失，或者让变频器输出匹配反电动势）
当从变频切换到工频时，冲击电流不通过变频器，所以可以实现。当从工频切换到变频时，冲击电流通过变频器，使变频器各部分器件有烧坏的危险，所以必须采用“飞车启动”技术。
方法一：求转矩电流方案
蓝海华腾高压变频器“飞车启动”功能采用的是无速度矢量传感器的方式。我们采用的是把电机加入搜索电压后产生的定子电流通过矢量分解，取出转矩电流分量，借观测转矩电流分量间接观测转子频率来实现。当定子旋转磁场速度与电机转子速度相同时，电机转子速度既为同步转速。此时，转矩电流分量理论上应等于零。但实际终在电机转子频率的搜索过程中，旋转磁场角频率是变化的。而矢量变换分解转矩电流的变换关系式是对某一角频率而言的，频率搜索时变化补偿也不可能无穷小，所以应按转矩电流分量“接近于零”搜索。即按转矩电流分量来“搜索”，给定一个最小转矩电流比较值。因为电机定子旋转磁场速度低于电机定子速度时，电动机处于发电状态，电机转子将向定子侧反送能量给变频器电容充电，使变频器电容电压泵升过压，故搜索频率过程必须从高于电机转子频率起。在变频器飞车启动电机的过程中，可以看到，启动后变频器的实际频率为50Hz，迅速下降，并处于运行未接通状态，到某一频率时接通，此时即为变频器已经搜索到电机实际运行频率，并控制电机运行。在某些情况下，电机转子自由旋转转向可能与正常运行方向相反，变频器还需要有双向搜索功能，当按正常方向的50Hz起一直到0Hz都搜索不到最小转矩电流，则启动反向搜索过程，搜索到电机转子频率后，先降速到0Hz再正向加速到给定频率。
在搜索过程中从高于电机转子的频率（50Hz）起，如果直接按V/F曲线间输出满度电压，类似于“全压直接启动”，电流与转矩冲击极大。因此电压取低于满度电压的电压输出，搜索成功后再使电压慢慢回升到此频率下的满度电压。即弱化电压限制电流与转矩冲击。具有上述飞车启动功能后，使得蓝海华腾高压掉电再起动功能的实现成为可能。
转矩电流如何计算？（转子磁链的旋转角度计算）？（难点）
方法二：VF查表比较法
，由电机原理知，当电机定子旋转磁场速度与电机转子速度相差较大即转差较大时，会产生很大的电流而电磁转矩却不大，例如电机在工频下全压直接起动时，电机定子电流会达到额定值的5～7倍。而蓝海华腾高压变频器容量一般不可能按电机电流额定值的5～7倍选配。如果蓝海华腾高压变频器“飞车启动”时输出频率较高（50hz），而电机转子速度很慢时就与此类似，必过流跳闸。反之如果蓝海华腾高压变频器“飞车启动”时输出频率较低，定子旋转磁场速度低于电机转子速度，此时电机为发电状态，电机转子将向定子侧反送能量给变频器电容充电，使变频器因电容电压泵升过压而跳闸。
蓝海华腾高压变频器“飞车启动”是否成功的关键是输出和转子速度（频率）相同的频率。而电机转子频率是随机的,为此必须进行电机转子频率的搜索,即“飞车启动”开始先搜索电机转子频率,搜索到电机转子频率后,变频器再按搜索到的转子频率作为输出频率。这样,既不会出现过流也不会出现电容电压泵升过压的现象。
无速度传感器的v/f控制方式，西门子变频器使用手册提到转子频率的搜索有两种方法：一种可称之为“定子输入恒定额定电流的v/f曲线电压比较法”，搜索时始终保持定子为恒定额定电流，比较变频器输出电压与v/f曲线上的电压值，二者相等时意味此时的输出频率就是转子频率。
另一种可称之为“直流母线最小电流法”即定子旋转磁场速度与电机转子速度相同时变频器直流母线电流最小，借检测直流母线电流间接检测转子频率。（转矩电流为零或最小法）
前一种理论上可行，但实际上v/f曲线与定子额定电流的关系物理概念不明确，低频时又加入作为电压补偿的提升电压，使得借v/f曲线比较电压的精度难保证，另外，恒定额定电流控制的动态响应问题也直接影响电压比较和频率的搜索精度。
后一种物理概念明确但不可照搬，在我们的蓝海华腾高压变频器功率单元中，无直流母线电流检测，因此不能采用检测直流母线电流间接检测转子频率的方案。（可以增加电压检测），但可以把电机加入搜索电压后产生的定子电流通过矢量分解，取出转矩电流分量，借观测转矩电流分量间接观测转子频率来实现。当定子旋转磁场速度与电机转子速度相同时，电机转子速度即为同步转速。此时，转矩电流分量理论上应等于零，但实际中在电机转子频率的搜索过程中，旋转磁场角频率是变化的，而矢量变换分解转矩电流的变换关系式是对某一角频率而言的，频率搜索时变化步长也不可能无穷小，有可能前一步高于转子频率,后一步又低于转子频率，所以应按转矩电流分量“接近于零”搜索。即按转矩电流分量最小来“搜索”，给定一个最小转矩电流比较值。
因为电机定子旋转磁场速度低于电机转子速度时，电机为发电状态，电机转子将向定子侧反送能量给变频器电容充电，使变频器电容电压泵升过压，故搜索过程必须从高于电机转子频率起，考虑所有可能性取最高50hz起。故频率搜索由高到低单调下降。
搜索过程从高于电机转子频率（50hz）起，如果直接按v/f曲线将输出“满度”电压，类似“全压直接启动”，电流与转矩冲击极大。因此电压取“满度”电压的5%～20%输出，搜索成功后再使电压慢慢回升到此频率下的“满度”电压。即弱化电压限制电流与转矩冲击。
搜索过程虽然按“满度”电压的5%～20%输出，也有可能因设置的弱化电压系数不合适产生过电流，为此搜索过程还要有电流限幅，对电压输出构成负反馈自动抑制过电流。
考虑到电机转子自由旋转转向可能与正常运行方向相反的情况，变频器还要有双向搜索功能，当按正常运行方向50hz起一直到0hz都搜索不到最小转矩电流，则启动反向搜索过程，搜索到电机转子频率后，先降速到0再正向加速到给定频率。
飞车启动方案实现
：电机给定频率从50HZ递减（按时间间隔和步长）到0，给定频率经过VF曲线比对查找到对应的电压值，该电压值降压系数（降压系数<20%),电机定子电流实时采样值与最大值imax(电机额定电流）比较，形成对电压u*act的负反馈（就是定子电流大于额定电流，输出电压降低；定子电流小于额定电流，输出电压增大），以限制频率搜索中的过电流。当电机定子电流实时采样值小于等于设定的最小转矩电流，表明频率搜索成功。（最小转矩电流理想为0， 最小值可以设定为电机的励磁电流（额定电流的5~10%）。