變頻器過(guò)電壓故障與維修處理措施

    在調(diào)試與使用變頻器過(guò)程中常會(huì)遇到多種不同的問(wèn)題，而變頻器過(guò)電壓故障就是其中出現(xiàn)最頻繁的問(wèn)題。

    發(fā)生過(guò)電壓后，為了防止變頻器電路內(nèi)部損壞，變頻器的過(guò)電壓保護(hù)功能此時(shí)將工作，使停止運(yùn)行變頻器，使設(shè)備無(wú)法正常工作。為此必須采取消除過(guò)電壓的措施，防止發(fā)生故障。由于變頻器與電機(jī)的使用環(huán)境和場(chǎng)合不同，產(chǎn)生過(guò)電壓的原因也不相同，所以采用的對(duì)策應(yīng)該依據(jù)詳細(xì)情況來(lái)調(diào)整。

過(guò)電壓的產(chǎn)生與再生制動(dòng)

    所謂變頻器的過(guò)電壓，是指各種不同原因造成其電壓超過(guò)了變頻器電壓額定電壓，表現(xiàn)集中在變頻器直流主線的直流電壓上。正常運(yùn)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線電壓計(jì)算，則平均直流電壓Ud=1.35U線=513V。

    在產(chǎn)生過(guò)電壓時(shí)，直流總線上的儲(chǔ)能電容將被充電，當(dāng)電壓上升至700V左右時(shí)，(因機(jī)型而異)變頻器過(guò)電壓保護(hù)功能運(yùn)行。造成過(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)高而使直流總線電壓超過(guò)額定值。現(xiàn)在大部分變頻器的輸入電壓最高可達(dá)460V，因此如今電源引起的過(guò)電壓極為少見(jiàn)。

    而再生過(guò)電壓是現(xiàn)在變頻器產(chǎn)生過(guò)電壓故障的主要原因。產(chǎn)生再生過(guò)電壓主要有以下原因：負(fù)載減速時(shí)變頻器減速時(shí)間設(shè)置過(guò)短，電動(dòng)機(jī)受外力影響（如風(fēng)機(jī)、牽伸機(jī)）或位能負(fù)載（如電梯、起重機(jī)）下落。由于這些原因，使電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于變頻器的指令轉(zhuǎn)速，即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率為負(fù)，轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為阻礙旋轉(zhuǎn)方向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，電動(dòng)機(jī)實(shí)際上處于發(fā)電狀態(tài)，負(fù)載的動(dòng)能被“再生”成為電能。再生能量經(jīng)逆變部分續(xù)流二極管對(duì)變頻器直流儲(chǔ)能電容器充電，使直流母線電壓上升。這就是再生類(lèi)過(guò)電壓。因再生類(lèi)過(guò)電壓產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與原轉(zhuǎn)矩相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此再生類(lèi)過(guò)電壓的過(guò)程也就是再i生制動(dòng)的過(guò)程。

    換句話說(shuō)，消除了再生能量，也就提高了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。如果再生能量不大，因變頻器與電動(dòng)機(jī)本身具有20%的再生制動(dòng)能力，且這部分能量將被變頻器及電動(dòng)機(jī)消耗掉。若這部分能量超過(guò)了變頻器與電動(dòng)機(jī)的消耗能力，直流回路的電容器將被充電，變頻器的過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作，使運(yùn)行停止。為避免發(fā)生這種情況，必須將這部分能量及時(shí)消耗掉，同時(shí)也提高了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這就是再生制動(dòng)的目的。

    變頻器負(fù)載突降會(huì)使負(fù)載的轉(zhuǎn)速明顯上升，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，從負(fù)載側(cè)向變頻器中間直流回路回饋能量，短時(shí)間內(nèi)能量的集中回饋可能會(huì)超出中間直流回路及其能量處理單元的承受能力而引發(fā)過(guò)電壓故障。

    工藝流程限定了負(fù)載的減速時(shí)間，合理設(shè)置相關(guān)參數(shù)也不能減緩這一故障，系統(tǒng)也沒(méi)有采取處理多余能量的措施，必然引發(fā)過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作跳閘。

過(guò)電壓的防止措施

    過(guò)電壓產(chǎn)生的原因不同，對(duì)變頻器過(guò)電壓維修的對(duì)策也不一樣。對(duì)于在停車(chē)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓現(xiàn)象，對(duì)停車(chē)時(shí)間或無(wú)特殊要求，那么可以采用延長(zhǎng)變頻器減速時(shí)間或自由停車(chē)的方法來(lái)。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(jī)自由滑行停止。

    對(duì)停車(chē)時(shí)間或停車(chē)有的要求，可以使用直流制動(dòng)(DC制動(dòng))功能。直流制動(dòng)功能是將電機(jī)減速到頻率后，在電機(jī)定子繞組中通入直流電，形成一個(gè)靜止的磁場(chǎng)。電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組切割這個(gè)磁場(chǎng)而產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使負(fù)載的動(dòng)能變成電能以熱量的形式消耗于電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中，這種制動(dòng)又稱作能耗制動(dòng)。在直流制動(dòng)的過(guò)程中上包含了再生制動(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(zhuǎn)矩較小。將能量消耗于電機(jī)中會(huì)使電機(jī)過(guò)熱，制動(dòng)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。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(shè)定，不能根據(jù)再生電壓的高低自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而直流制動(dòng)不能用于正常運(yùn)行中產(chǎn)生的過(guò)電壓，只能用于停車(chē)時(shí)的制動(dòng)。

    對(duì)于減速(從高速轉(zhuǎn)為低速，但不停車(chē))時(shí)因負(fù)載的GD2(飛輪轉(zhuǎn)矩)過(guò)大而產(chǎn)生的過(guò)電壓，可以采取適當(dāng)延長(zhǎng)減速時(shí)間的方法來(lái)。其實(shí)這種方法也是再生制動(dòng)原理，延長(zhǎng)減速時(shí)間只是控制負(fù)載的再生電壓對(duì)變頻器的充電速度，使變頻器本身的20%的再生制動(dòng)能力得到合理而已。至于那些外力的作用(包括位能下放)而使電機(jī)處于再生的負(fù)載，因其正常運(yùn)行于制動(dòng)，再生能量過(guò)高無(wú)法由變頻器本身消耗掉，不可能采用直流制動(dòng)或延長(zhǎng)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(zhuǎn)矩，而且制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小可以根據(jù)負(fù)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。再生制動(dòng)最適用于在正常工作過(guò)程中為負(fù)載提供制動(dòng)轉(zhuǎn)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(cè)直流母線電壓來(lái)控制一個(gè)功率管的通斷。在直流母線電壓上升至700V左右時(shí)，功率管導(dǎo)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(jī)之外的制動(dòng)電阻上，電機(jī)不會(huì)過(guò)熱，因而可以較頻繁的工作。

2、并聯(lián)直流母線吸收型

    適用于多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)(如牽伸機(jī))，在這個(gè)系統(tǒng)中，每臺(tái)電機(jī)均需一臺(tái)變頻器，多臺(tái)變頻器共用一個(gè)網(wǎng)側(cè)變流器，所有的逆變部并接在一條共用直流母線上。這種系統(tǒng)中往往有一臺(tái)或數(shù)臺(tái)電機(jī)正常工作于制動(dòng)狀態(tài)，處于制動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)被其它電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，產(chǎn)生再生能量，這些能量再通過(guò)并聯(lián)直流母線被處于電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)所吸收。在不能完全吸收的情況下，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(cè)變流器是可逆的，當(dāng)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)，使再生能量得到完全利用。但這種方法對(duì)電源的穩(wěn)定性要求較高，一旦突然停電，將發(fā)生逆變顛覆

    變頻器在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)智能化、專門(mén)化與一體化、無(wú)公害環(huán)保節(jié)能、新能源適應(yīng)領(lǐng)域都有廣大的發(fā)展前途。而這些都是建立在大家對(duì)變頻器的了解與使用上，通過(guò)上述內(nèi)容希望能夠幫助大家快速了解變頻器過(guò)電壓故障產(chǎn)生原因與相應(yīng)措施，從而保障工業(yè)運(yùn)行穩(wěn)定。

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