您好, 歡迎來(lái)到化工儀器網(wǎng)
超實(shí)用:變頻器過(guò)電壓的原因及其對(duì)策
超實(shí)用:變頻器過(guò)電壓的原因及其對(duì)策
一,、前 言：
變頻器在調(diào)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(xiàn)象尤為常見,。過(guò)電壓產(chǎn)生后,，變頻器為了防止內(nèi)部電路損壞,，其過(guò)電壓保護(hù)功能將動(dòng)作,，使變 頻器停止運(yùn)行,，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常工作,。因此必須采取措施消除過(guò)電壓，防止故障的發(fā)生,。由于變頻器與電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合不同,，產(chǎn)生過(guò)電壓的原因也不相同，所以應(yīng) 根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的對(duì)策,。
二,、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(xiàn)在變頻器直流母線的直流電壓上,。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線電壓計(jì)算,，則平均直流電壓 Ud=1.35U線=513V,。在過(guò)電壓發(fā)生時(shí)，直流母線上的儲(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)動(dòng)作。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)高而使直流母線電壓超過(guò)額定值,。而現(xiàn)在大部分變頻器的輸入電壓最高可達(dá) 460V，因此,，電源引起的過(guò)電壓極為少見,。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(dāng)大GD2（飛輪力矩）負(fù)載減速時(shí)變頻器減 速時(shí)間設(shè)定過(guò)短,；電機(jī)受外力影響（風(fēng)機(jī),、牽伸機(jī)）或位能負(fù)載（電梯、起重機(jī)）下放,。由于這些原因,，使電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于變頻器的指令轉(zhuǎn)速，也就是說(shuō),，電機(jī)轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速超過(guò)了同步轉(zhuǎn)速,，這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率為負(fù)，轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)相反,，其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為阻礙旋轉(zhuǎn)方向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,。所以電動(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，這就是再生過(guò)電壓,。因再 生過(guò)電壓的過(guò)程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與原轉(zhuǎn)矩相反,，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此再生過(guò)電壓的過(guò)程也就是再生制動(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,，因變頻器與電機(jī)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(jī)消耗掉,。若這部分能量超過(guò)了變頻器與電機(jī)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(hù)功能動(dòng)作，使運(yùn)行停止,。為避免這種情況的發(fā)生,，必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(zhuǎn)矩,，這就是再生制動(dòng) 的目的,。
三、過(guò)電壓的防止措施：
由于過(guò)電壓產(chǎn)生的原因不同,，因而采取的對(duì)策也不相同,。對(duì)于在 停車過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓現(xiàn)象，如果對(duì)停車時(shí)間或位置無(wú)特殊要求,，那么可以采用延長(zhǎng)變頻器減速時(shí)間或自由停車的方法來(lái)解決,。所謂自由停車即變頻器將主開關(guān)器 件斷開，讓電機(jī)自由滑行停止,。如果對(duì)停車時(shí)間或停車位置有一定的要求，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(jī)減速到一定頻率后,，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， 因此這種制動(dòng)又稱作能耗制動(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(zhuǎn)矩較小,。 由于將能量消耗于電機(jī)中會(huì)使電機(jī)過(guò)熱,，所以制動(dòng)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。而且直流制動(dòng)開始頻率,，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,，只能用于停車時(shí)的制動(dòng),。對(duì)于減速（從高速轉(zhuǎn)為低速，但不停車）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)解決,。其實(shí)這種方法也是利用再生制動(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(jī)處于再生狀態(tài)的負(fù)載，因其正常運(yùn)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(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)矩的大小可以跟據(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,。因此再生制動(dòng)在正常工作過(guò)程中為負(fù)載提供制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
四,、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*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*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。
五,、再生制動(dòng)的應(yīng)用
一條化纖長(zhǎng)絲牽伸生產(chǎn)線,，由三臺(tái)牽伸機(jī)組成，分別由三臺(tái)電機(jī) 驅(qū)動(dòng),。一輥電機(jī)功率22KW,、4極，采用蝸桿減速器,，速比為25：1,；二輥電機(jī)功率37KW、4極,，蝸桿減速器,，速比16：1；三輥電機(jī)功率45KW,，采 用圓柱齒輪減速器,，速比6：1。電機(jī)分別采用華為TD2000-22KW三墾IHF37K,，45K變頻器驅(qū)動(dòng),。三臺(tái)變頻器根據(jù)牽伸比及速比采用比例控制。 它的工作過(guò)程是這樣的：絲束繞在一輥,、二輥、三輥上,，由變頻器控制三輥之間不同的速度對(duì)絲束進(jìn)行牽伸,。開車調(diào)試時(shí)因牽伸比小，絲束總旦較低,，系統(tǒng)開車正 常,。在投產(chǎn)一段時(shí)間后，由于工藝調(diào)整,，增大了牽伸比及絲束總旦,，（牽伸比由工藝決定，總旦通俗的說(shuō),，就是絲束的粗細(xì)及根數(shù)多少,，總旦越高，絲束越粗,。牽伸 倍數(shù)或總旦越大,，三輥對(duì)二輥、一輥的拖力越大,。）這時(shí)出現(xiàn)了問(wèn)題,。開車時(shí)間不長(zhǎng),，一輥?zhàn)冾l器頻繁顯示SC（過(guò)電壓防止），二輥?zhàn)冾l器偶爾也有這種現(xiàn)象,。時(shí) 間稍長(zhǎng),，一輥?zhàn)冾l器保護(hù)停機(jī)，故障顯示E006（過(guò)電壓）,。通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)的分析,，得出以下結(jié)論：由于一輥與二輥之間的牽伸比占總牽伸倍數(shù)的 70%，而二輥,、三輥電機(jī)功率均大于一輥,，因此一輥電機(jī)實(shí)際工作于發(fā)電狀態(tài)，它必須產(chǎn)生足夠的制動(dòng)力矩,，才能保證牽伸倍數(shù),。二輥則根據(jù)工藝狀況工作于電動(dòng) 與制動(dòng)狀態(tài)之間，只有三輥為電動(dòng)狀態(tài),。也就是說(shuō),，一輥?zhàn)冾l器若不能將電機(jī)產(chǎn)生的再生能量處理掉，它就不能產(chǎn)生足夠的制動(dòng)力矩,，那么將會(huì)被二輥“拖跑”,。被 “拖跑”的主要原因在于變頻器為防止過(guò)電壓跳閘而采取的自動(dòng)提高輸出頻率的功能（即“SC”失速防止功能）。變頻器為了降低再生能量,，將會(huì)自動(dòng)增加電機(jī)轉(zhuǎn) 速,，試圖降低再生電壓，但是因再生能量過(guò)高,，所以并不能阻止過(guò)電壓的發(fā)生,。因此，問(wèn)題的焦點(diǎn)是必須保證一輥,、二輥電機(jī)具有足夠的制動(dòng)力矩,。增加一輥、二輥 電機(jī)及變頻器容量可以達(dá)到這個(gè)目的,，但這顯然是不經(jīng)濟(jì)的,。而將一輥、二輥產(chǎn)生的過(guò)電壓及時(shí)處理掉,，不讓變頻器的直流電壓升高,，也能夠提供足夠的制動(dòng)力矩。 由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)未考慮到這點(diǎn),，采用共用直流母線吸收型或能量回饋型的方法已不可能,。經(jīng)仔細(xì)論證，只有采用將一輥,、二輥?zhàn)冾l器各增加一組外接制動(dòng)單元的方 案,。經(jīng)計(jì)算選用了兩組華為 TDB-4C01-0300制動(dòng)組件,。開車后兩組制動(dòng)單元電阻尤其是一輥制動(dòng)阻工作頻率非常之高，說(shuō)明我們的分析是正確的,。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行近一年,，再也沒(méi)有 發(fā)生過(guò)過(guò)電壓現(xiàn)象。