خطاهای رایج ترانسفورماتور و راه‌حل‌ها

1. خطای بیش از حد جریان​

بیش از حد جریان یکی از متداول‌ترین خطاها در عملیات مبدل است. برای حفاظت بهتر از مبدل، معمولاً محافظت چندسطحی علیه بیش از حد جریان پیاده‌سازی می‌شود. بر اساس شدت بیش از حد جریان، می‌توان آن را به وضعیت‌های زیر تقسیم‌بندی کرد: بیش از حد جریان ماژول قدرت، بیش از حد جریان سخت‌افزاری و بیش از حد جریان نرم‌افزاری. معمولاً، بیش از حد جریان ماژول قدرت بالاترین سطح خطا است. آستانه بیش از حد جریان سخت‌افزاری به طور قابل توجهی کمتر از آستانه بیش از حد جریان ماژول قدرت است اما بیشتر از آستانه بیش از حد جریان نرم‌افزاری است. از نظر سرعت واکنش، مسدود کردن سخت‌افزاری سریع‌تر از نرم‌افزاری است.

مکانیسم گزارش دهی برای بیش از حد جریان ماژول قدرت به طور کلی به شرح زیر است: طراحی سخت‌افزاری سیگنال FAULT را در طرف اصلی فوتواپکوپلر تغییر می‌دهد وقتی که جریان هدایت IGBT به طور قابل توجهی بیش از آستانه بیش از حد جریان سخت‌افزاری (معمولاً نه بیش از ۶ برابر جریان اسمی IGBT) فراتر می‌رود. سپس مدار سخت‌افزاری خروجی موج PWM را مسدود می‌کند و این سیگنال را به پین چیپ کنترل ارسال می‌کند. نرم‌افزار از طریق وقفه به این سیگنال پاسخ می‌دهد و فوراً عملیات را متوقف و مسدود می‌کند.

مکانیسم گزارش دهی برای بیش از حد جریان سخت‌افزاری به طور کلی به شرح زیر است: با استفاده از مدار مقایسه سخت‌افزاری، هنگامی که جریان بیش از آستانه بیش از حد جریان سخت‌افزاری تشخیص داده می‌شود، مدار سخت‌افزاری خروجی موج PWM را مسدود می‌کند و سیگنال خطا را به پین چیپ کنترل ارسال می‌کند. نرم‌افزار از طریق وقفه به این سیگنال پاسخ می‌دهد و فوراً عملیات را متوقف می‌کند.

مکانیسم گزارش دهی برای بیش از حد جریان نرم‌افزاری به طور کلی به شرح زیر است: پس از نمونه‌برداری از جریان‌های سه‌فاز، نرم‌افزار مقدار RMS را محاسبه می‌کند. این مقدار RMS با آستانه بیش از حد جریان نرم‌افزاری مقایسه می‌شود. اگر از آستانه بیشتر باشد، خطا بیش از حد جریان نرم‌افزاری گزارش می‌شود و مبدل متوقف می‌شود.

به طور کلی، رفع و حل خطاهای بیش از حد جریان می‌تواند شامل مراحل زیر باشد:

1. اگر مبدل به طور معمول به درستی کار می‌کند و گاهی اوقات خطا بیش از حد جریان ماژول قدرت را گزارش می‌دهد، ابتدا سعی کنید خطا را بازنشانی کنید. اگر بازنشانی ناموفق بود، ممکن است ماژول قدرت آسیب دیده باشد و نیاز به تعویض داشته باشد.
2. اگر بازنشانی موفق بود، در نظر بگیرید که آیا شرایط عملیاتی تغییر کرده‌اند (مثلاً بارگذاری لحظه‌ای/بلوکه شدن منجر به جریان بلند مدت). اگر توسط ناهماهنگی خارجی ایجاد شده باشد، علت را حذف کنید تا عملیات پایدار باقی بماند. اگر تغییر مورد نظر است (مثلاً افزایش تقاضای بار یا بار ضربه‌ای)، با افزایش زمان شتاب، جریان‌های بلند مدت را کاهش دهید، پارامترهای حلقه سرعت/جریان PI را تنظیم کنید تا عملکرد کنترل بهینه شود یا عملکرد جلوگیری از بلوکه شدن بیش از حد جریان را فعال کنید.
3. اگر بازنشانی موفق بود و شرایط خارجی تغییر نکرده باشد، مدار خروجی مبدل را برای وجود خطا در زمین یا کوتاه‌مداری بررسی کنید. هر یک از آن‌ها را حذف کنید. اگر هیچ یک وجود ندارند، اندازه جریان در طول دوره عملیات را مشاهده کنید. اگر پایدار باشد و بدون افزایش قابل توجه، مداخله نویز الکتریکی را در نظر بگیرید و سیم‌کشی/زمین‌سازی را بررسی کنید.
4. در طی راه‌اندازی، اگر خطاهای بیش از حد جریان به راحتی رخ می‌دهند، ابتدا تنظیمات صحیح پارامترهای مبدل و موتور را تأیید کنید، از جمله تطابق توان مبدل و موتور. اگر تنظیمات صحیح و توان مطابقت دارد اما خطا ادامه دارد، شناسایی پارامترهای دینامیکی را انجام دهید تا دقت پارامترهای موتور را تضمین کنید.
5. اگر بیش از حد جریان در طی راه‌اندازی تحت کنترل V/f رخ دهد، بررسی کنید که آیا تنظیم تقویت گشتاور خیلی بالاست و در صورت نیاز آن را کاهش دهید. همچنین، بررسی کنید که آیا تنظیمات منحنی V/f منطقی نیستند و آن‌ها را تنظیم کنید.
6. اگر در حال راه‌اندازی در حالی که موتور در حال چرخش آزاد است، بیش از حد جریان رخ می‌دهد. صبر کنید تا موتور کاملاً متوقف شود و سپس راه‌اندازی کنید یا روش راه‌اندازی را به راه‌اندازی پروازی/تعقیب چرخش تنظیم کنید.

II. خطا بیش از حد ولتاژ

بیش از حد ولتاژ یکی دیگر از متداول‌ترین خطاها در مبدل است. برای حفاظت از مبدل، معمولاً محافظت چندسطحی علیه بیش از حد ولتاژ پیاده‌سازی می‌شود. بر اساس شدت، معمولاً به بیش از حد ولتاژ سخت‌افزاری و بیش از حد ولتاژ نرم‌افزاری تقسیم‌بندی می‌شود.

معمولاً، آستانه بیش از حد ولتاژ سخت‌افزاری بالاتر از آستانه بیش از حد ولتاژ نرم‌افزاری است و مسدود کردن سخت‌افزاری سریع‌تر است. مکانیسم گزارش دهی برای بیش از حد ولتاژ سخت‌افزاری به طور کلی به شرح زیر است: با استفاده از مدار مقایسه سخت‌افزاری، هنگامی که ولتاژ دی‌سی بوس به بیش از آستانه سخت‌افزاری فراتر می‌رود، مدار سخت‌افزاری خروجی موج PWM را مسدود می‌کند و سیگنال را به چیپ کنترل ارسال می‌کند. نرم‌افزار از طریق وقفه به این سیگنال پاسخ می‌دهد و فوراً عملیات را متوقف می‌کند.

مکانیسم گزارش دهی برای بیش از حد ولتاژ نرم‌افزاری به طور کلی به شرح زیر است: پس از نمونه‌برداری از ولتاژ دی‌سی بوس، نرم‌افزار آن را با آستانه نرم‌افزاری مقایسه می‌کند. اگر از آستانه بیشتر باشد، خطا بیش از حد ولتاژ نرم‌افزاری گزارش می‌شود و مبدل متوقف می‌شود.

رفع و حل خطاهای بیش از حد ولتاژ معمولاً شامل موارد زیر است:

1. اگر انرژی قابل توجهی به شبکه بازسازی می‌شود، بررسی کنید که آیا واحد مقاومت ترمز (BRU) نصب شده و اندازه مناسبی دارد.
2. اگر انرژی بازسازی متوسط است، سعی کنید زمان کاهش را افزایش دهید تا بازسازی کاهش یابد یا پارامترهای حلقه سرعت/جریان PI را تنظیم کنید تا عملکرد کنترل بهبود یابد.
3. اگر بازسازی متوسط با افزایش لحظه‌ای ولتاژ (مثلاً از دست دادن بار سنگین به طور ناگهانی) رخ می‌دهد و موقعیت/زمان توقف مهم نیست، عملکرد جلوگیری از بلوکه شدن بیش از حد ولتاژ را فعال کنید. با احتیاط استفاده کنید چون می‌تواند از توقف به موقع جلوگیری کند؛ در مواردی که موقعیت توقف مهم است از آن استفاده نکنید.
4. اگر انرژی بازسازی بسیار کم است، بررسی کنید که آیا ولتاژ ورودی سه‌فاز خیلی بالاست.
5. بررسی کنید که آیا موتور توسط نیروی خارجی (مثلاً بار اضافی) محرک می‌شود. اگر چنین است، این نیرو را حذف کنید.

III. از دست دادن فاز ورودی

از دست دادن فاز ورودی یکی دیگر از خطاهای نسبتاً متداول در مبدل است. مکانیسم‌های گزارش دهی بر اساس سازنده/مدل متفاوت است اما به طور کلی به دو نوع تقسیم‌بندی می‌شود:

1. تشخیص بر اساس نرم‌افزار: دو ولتاژ خط نمونه‌برداری می‌شوند و به ولتاژ فاز تبدیل می‌شوند. عدم توازن فاز محاسبه می‌شود تا مشخص شود آیا شرایط از دست دادن فاز برقرار است.
2. تشخیص بر اساس سخت‌افزار: مدار اختصاصی از دست دادن فاز را تشخیص می‌دهد و سیگنال خطا را از طریق یک پین به چیپ کنترل ارسال می‌کند. نرم‌افزار وضعیت این پین را نظارت می‌کند تا از دست دادن فاز را تعیین کند.

اگر از دست دادن فاز تشخیص داده شود، خطا گزارش می‌شود و مبدل متوقف می‌شود (یا در برخی موارد هشدار تولید می‌کند).

رفع و حل معمولاً شامل موارد زیر است:

1. تمامیت و امنیت اتصالات تغذیه سه‌فاز ورودی را بررسی کنید.
2. بررسی کنید که تمامی فاز‌های تغذیه ورودی موجود هستند (فیوز‌ها نشسته نیستند، شکن‌ها قطع نشده‌اند).
3. اگر هر دو مورد ۱ و ۲ تأیید شدند، تغذیه ورودی را نظارت کنید و منطق کنترل را برای هر دنباله قطع/وصل خودکار بررسی کنید.

IV. بیش از حد بار مبدل

بیش از حد بار گاهی اوقات گزارش می‌شود. مکانیسم‌های گزارش دهی متفاوت هستند اما به طور کلی به شرح زیر هستند:

1. روش تجمع حرارتی: نرم‌افزار مقدار تجمع حرارتی را بر اساس جریان (و ممکن است عوامل دیگر) در طول زمان محاسبه می‌کند و آن را با آستانه طراحی مقایسه می‌کند. اگر از آستانه بیشتر باشد، خطا بیش از حد بار گزارش می‌شود و مبدل متوقف می‌شود.
2. ویژگی معکوس زمانی: بر اساس منحنی بیش از حد بار طراحی شده مبدل، نرم‌افزار محاسبه می‌کند که چقدر زمان برای یک مقدار خاص بیش از حد جریان مجاز است. زمان‌گیری هنگامی شروع می‌شود که بیش از حد جریان رخ می‌دهد؛ اگر زمان مجاز فراتر رود، خطا گزارش می‌شود و مبدل متوقف می‌شود.

رفع و حل معمولاً شامل موارد زیر است:

1. بررسی کنید که آیا دورة کاری بار (زمان روشن/خاموش) با منحنی بیش از حد بار مبدل مطابقت دارد. جریان بار را تنظیم یا کاهش دهید تا از محدوده زمانی منحنی فراتر نرود.
2. بررسی کنید که آیا توان موتور بیش از توان بار مداوم مبدل است. اگر بار واقعاً بزرگ است، مبدل با توان بالاتری انتخاب کنید.

V. بلوکه شدن موتور

بلوکه شدن موتور گاهی اوقات توسط مبدل گزارش می‌شود. به طور کلی، مبدل موتور را به دستیابی به سرعت خاصی دستور می‌دهد و گشتاور قابل توجهی خروجی می‌دهد، اما موتور به درستی چرخانده نمی‌شود و در حالت بلوکه شدن باقی می‌ماند.

شرایط معمولاً مورد نیاز برای فعال شدن خطا بلوکه شدن موتور:

1. جریان گشتاور بازخوردی از آستانه بلوکه شدن جریان تنظیم شده فراتر می‌رود و این شرایط بیش از زمان تنظیم شده بلوکه شدن ادامه دارد.
2. در این مدت، سرعت واقعی موتور کمتر از آستانه فرکانس بلوکه شدن تنظیم شده است.
3. مبدل در حالت کنترل V/f کار نمی‌کند (چون V/f بازخورد سرعت ندارد، تشخیص بلوکه شدن امکان‌پذیر نیست).

رفع و حل خطا بلوکه شدن موتور معمولاً شامل موارد زیر است:

1. بررسی کنید که آیا نیروی خارجی فیزیکی مانع چرخش موتور می‌شود. علت را حذف کنید.
2. پارامترهای آستانه فرکانس بلوکه شدن و جریان بلوکه شدن را بر اساس نیاز کاربری تنظیم کنید.
3. بررسی کنید که آیا توان موتور/بار بیش از توان مبدل است. اگر چنین است، مبدل با اندازه مناسبی انتخاب کنید.