菱友匯-變頻器過(guò)電壓的產(chǎn)生與解決方法

變頻器在調試與使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì )遇到各種各樣的問(wèn)題，其中過(guò)電壓現象常見(jiàn)。

過(guò)電壓產(chǎn)生后，變頻器為了防止內部電路損壞，其過(guò)電壓保護功能將動(dòng)作，使變頻器停止運行，導致設備無(wú)法正常工作。

因此須采取措施消除過(guò)電壓，防止故障的發(fā)生。由于變頻器與電機的應用場(chǎng)合不同，產(chǎn)生過(guò)電壓的原因也不相同，所以應根據具體情況采取相應的對策。

變頻器過(guò)電壓的產(chǎn)生與再生制動(dòng)

所謂變頻器的過(guò)電壓，是指由于種種原因造成的變頻器電壓超過(guò)額定電壓，集中表現在變頻器直流母線(xiàn)的直流電壓上。

正常工作時(shí)，變頻器直流部電壓為三相全波整流后的平均值。若以380V線(xiàn)電壓計算，則平均直流電壓Ud=1.35U線(xiàn)=513V。

在過(guò)電壓發(fā)生時(shí)，直流母線(xiàn)上的儲能電容將被充電，當電壓上升至700V左右時(shí)，(因機型而異)變頻器過(guò)電壓保護動(dòng)作。

造成變頻器過(guò)電壓的原因主要有兩種：電源過(guò)電壓和再生過(guò)電壓。

電源過(guò)電壓是指因電源電壓過(guò)高而使直流母線(xiàn)電壓超過(guò)額定值。而現在大部分變頻器的輸入電壓高可達460V，因此，電源引起的過(guò)電壓很少見(jiàn)。

本文主要討論的問(wèn)題是再生過(guò)電壓。

產(chǎn)生再生過(guò)電壓主要有以下原因：當大GD2(飛輪力矩)負載減速時(shí)變頻器減速時(shí)間設定過(guò)短；

電機受外力影響(風(fēng)機、牽伸機)或位能負載(電梯、起重機)下放。由于這些原因，使電機實(shí)際轉速高于變頻器的指令轉速，也就是說(shuō)，電機轉子轉速超過(guò)了同步轉速，這時(shí)電機的轉差率為負，轉子繞組切割旋轉磁場(chǎng)的方向與電動(dòng)機狀態(tài)時(shí)相反，其產(chǎn)生的電磁轉矩為阻礙旋轉方向的制動(dòng)轉矩。所以電動(dòng)機實(shí)際上處于發(fā)電狀態(tài)，負載的動(dòng)能被"再生"成為電能。

再生能量經(jīng)逆變部續流二極管對變頻器直流儲能電容器充電，使直流母線(xiàn)電壓上升，這就是再生過(guò)電壓。因再生過(guò)電壓的過(guò)程中產(chǎn)生的轉矩與原轉矩相反，為制動(dòng)轉矩，因此再生過(guò)電壓的過(guò)程也就是再生制動(dòng)的過(guò)程。

換句話(huà)說(shuō)，消除了再生能量，也就提高了制動(dòng)轉矩。如果再生能量不大，因變頻器與電機本身具有20的再生制動(dòng)能力，這部分電能將被變頻器及電機消耗掉。若這部分能量超過(guò)了變頻器與電機的消耗能力，直流回路的電容將被過(guò)充電，變頻器的過(guò)電壓保護功能動(dòng)作，使運行停止。為避免這種情況的發(fā)生，須將這部分能量及時(shí)的處理掉，同時(shí)也提高了制動(dòng)轉矩，這就是再生制動(dòng)的目的。

防止變頻器過(guò)電壓的措施

由于過(guò)電壓產(chǎn)生的原因不同，因而采取的對策也不相同。對于在停車(chē)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓現象，如果對停車(chē)時(shí)間或位置無(wú)特殊要求，那么可以采用延長(cháng)變頻器減速時(shí)間或自由停車(chē)的方法來(lái)解決。所謂自由停車(chē)即變頻器將主開(kāi)關(guān)器件斷開(kāi)，讓電機自由滑行停止。

如果對停車(chē)時(shí)間或停車(chē)位置有一定的要求，那么可以采用直流制動(dòng)(DC制動(dòng))功能。

直流制動(dòng)功能是將電機減速到一定頻率后，在電機定子繞組中通入直流電，形成一個(gè)靜止的磁場(chǎng)。

電機轉子繞組切割這個(gè)磁場(chǎng)而產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)轉矩，使負載的動(dòng)能變成電能以熱量的形式消耗于電機轉子回路中，因此這種制動(dòng)又稱(chēng)作能耗制動(dòng)。在直流制動(dòng)的過(guò)程中實(shí)際上包含了再生制動(dòng)與能耗制動(dòng)兩個(gè)過(guò)程。這種制動(dòng)方法效率僅為再生制動(dòng)的30-60，制動(dòng)轉矩較小。由于將能量消耗于電機中會(huì )使電機過(guò)熱，所以制動(dòng)時(shí)間不宜過(guò)長(cháng)。

而且直流制動(dòng)開(kāi)始頻率，制動(dòng)時(shí)間及制動(dòng)電壓的大小均為人工設定，不能根據再生電壓的高低自動(dòng)調節，因而直流制動(dòng)不能用于正常運行中產(chǎn)生的過(guò)電壓，只能用于停車(chē)時(shí)的制動(dòng)。

對于減速(從高速轉為低速，但不停車(chē))時(shí)因負載的GD2(飛輪轉矩)過(guò)大而產(chǎn)生的過(guò)電壓，可以采取適當延長(cháng)減速時(shí)間的方法來(lái)解決。其實(shí)這種方法也是利用再生制動(dòng)原理，延長(cháng)減速時(shí)間只是控制負載的再生電壓對變頻器的充電速度，使變頻器本身的20的再生制動(dòng)能力得到合理利用而已。至于那些由于外力的作用(包括位能下放)而使電機處于再生狀態(tài)的負載，因其正常運行于制動(dòng)狀態(tài)，再生能量過(guò)高無(wú)法由變頻器本身消耗掉，因此不可能采用直流制動(dòng)或延長(cháng)減速時(shí)間的方法。

再生制動(dòng)與直流制動(dòng)相比，具有較高的制動(dòng)轉矩，而且制動(dòng)轉矩的大小可以跟據負載所需的制動(dòng)力矩(即再生能量的高低)由變頻器的制動(dòng)單元自動(dòng)控制。因此再生制動(dòng)適用于在正常工作過(guò)程中為負載提供制動(dòng)轉矩。

變頻再生制動(dòng)的方法：

1.能量消耗型：

這種方法是在變頻器直流回路中并聯(lián)一個(gè)制動(dòng)電阻，通過(guò)檢測直流母線(xiàn)電壓來(lái)控制一個(gè)功率管的通斷。在直流母線(xiàn)電壓上升至700V左右時(shí)，功率管導通，將再生能量通入電阻，以熱能的形式消耗掉，從而防止直流電壓的上升。由于再生能量沒(méi)能得到利用，因此屬于能量消耗型。同為能量消耗型，它與直流制動(dòng)的不同點(diǎn)是將能量消耗于電機之外的制動(dòng)電阻上，電機不會(huì )過(guò)熱，因而可以較頻繁的工作。

2.并聯(lián)直流母線(xiàn)吸收型：

適用于多電機傳動(dòng)系統(如牽伸機)，在這個(gè)系統中，每臺電機均需一臺變頻器，多臺變頻器共用一個(gè)網(wǎng)側變流器，所有的逆變部并接在一條共用直流母線(xiàn)上。這種系統中往往有一臺或數臺電機正常工作于制動(dòng)狀態(tài)，處于制動(dòng)狀態(tài)的電機被其它電動(dòng)機拖動(dòng)，產(chǎn)生再生能量，這些能量再通過(guò)并聯(lián)直流母線(xiàn)被處于電動(dòng)狀態(tài)的電機所吸收。在不能*吸收的情況下，則通過(guò)共用的制動(dòng)電阻消耗掉。這里的再生能量部分被吸收利用，但沒(méi)有回饋到電網(wǎng)中。

3.能量回饋型：

能量回饋型的變頻器網(wǎng)側變流器是可逆的，當有再生能量產(chǎn)生時(shí)，可逆變流器將再生能量回饋給電網(wǎng)，使再生能量得到*利用。但這種方法對電源的穩定性要求較高，一旦突然停電，將發(fā)生逆變。