變頻器過電壓故障與維修處理措施

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

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

過電壓的產(chǎn)生與再生制動

    所謂變頻器的過電壓，是指各種不同原因造成其電壓超過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)生過電壓時(shí)，直流總線上的儲能電容將被充電，當(dāng)電壓上升至700V左右時(shí)，(因機(jī)型而異)變頻器過電壓保護(hù)功能運(yùn)行。造成過電壓的原因主要有兩種：電源過電壓和再生過電壓。電源過電壓是指因電源電壓過高而使直流總線電壓超過額定值。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電壓極為少見。

    而再生過電壓是現(xiàn)在變頻器產(chǎn)生過電壓故障的主要原因。產(chǎn)生再生過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)置過短，電動機(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，使電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于變頻器的指令轉(zhuǎn)速，即電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率為負(fù)，轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為阻礙旋轉(zhuǎn)方向的制動轉(zhuǎn)矩。因此，電動機(jī)實(shí)際上處于發(fā)電狀態(tài)，負(fù)載的動能被“再生”成為電能。再生能量經(jīng)逆變部分續(xù)流二極管對變頻器直流儲能電容器充電，使直流母線電壓上升。這就是再生類過電壓。因再生類過電壓產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與原轉(zhuǎn)矩相反，為制動轉(zhuǎn)矩，因此再生類過電壓的過程也就是再i生制動的過程。

    換句話說，消除了再生能量，也就提高了制動轉(zhuǎn)矩。如果再生能量不大，因變頻器與電動機(jī)本身具有20%的再生制動能力，且這部分能量將被變頻器及電動機(jī)消耗掉。若這部分能量超過了變頻器與電動機(jī)的消耗能力，直流回路的電容器將被充電，變頻器的過電壓保護(hù)動作，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)也提高了制動轉(zhuǎn)矩，這就是再生制動的目的。

    變頻器負(fù)載突降會使負(fù)載的轉(zhuǎn)速明顯上升，使電動機(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)也沒有采取處理多余能量的措施，必然引發(fā)過電壓保護(hù)動作跳閘。

過電壓的防止措施

    過電壓產(chǎn)生的原因不同，對變頻器過電壓維修的對策也不一樣。對于在停車過程中產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象，對停車時(shí)間或無特殊要求，那么可以采用延長變頻器減速時(shí)間或自由停車的方法來。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。

    對停車時(shí)間或停車有的要求，可以使用直流制動(DC制動)功能。直流制動功能是將電機(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。電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組切割這個(gè)磁場而產(chǎn)生一個(gè)制動轉(zhuǎn)矩，使負(fù)載的動能變成電能以熱量的形式消耗于電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中，這種制動又稱作能耗制動。在直流制動的過程中上包含了再生制動與能耗制動兩個(gè)過程。這種制動方法效率僅為再生制動的30-60%，制動轉(zhuǎn)矩較小。將能量消耗于電機(jī)中會使電機(jī)過熱，制動時(shí)間不宜過長。而且直流制動開始頻率，制動時(shí)間及制動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調(diào)節(jié)，因而直流制動不能用于正常運(yùn)行中產(chǎn)生的過電壓，只能用于停車時(shí)的制動。

    對于減速(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)過大而產(chǎn)生的過電壓，可以采取適當(dāng)延長減速時(shí)間的方法來。其實(shí)這種方法也是再生制動原理，延長減速時(shí)間只是控制負(fù)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，再生能量過高無法由變頻器本身消耗掉，不可能采用直流制動或延長減速時(shí)間的方法。

    再生制動與直流制動相比，具有較高的制動轉(zhuǎn)矩，而且制動轉(zhuǎn)矩的大小可以根據(jù)負(fù)載所需的制動力矩(即再生能量的高低)由變頻器的制動單元自動控制。再生制動最適用于在正常工作過程中為負(fù)載提供制動轉(zhuǎn)矩。

變頻再生制動的方法

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)制動電阻，通過檢測直流母線電壓來控制一個(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，它與直流制動的不同點(diǎn)是將能量消耗于電機(jī)之外的制動電阻上，電機(jī)不會過熱，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)傳動系統(tǒng)(如牽伸機(jī))，在這個(gè)系統(tǒng)中，每臺電機(jī)均需一臺變頻器，多臺變頻器共用一個(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)中往往有一臺或數(shù)臺電機(jī)正常工作于制動狀態(tài)，處于制動狀態(tài)的電機(jī)被其它電動機(jī)拖動，產(chǎn)生再生能量，這些能量再通過并聯(lián)直流母線被處于電動狀態(tài)的電機(jī)所吸收。在不能完全吸收的情況下，則通過共用的制動電阻消耗掉。這里的再生能量部分被吸收利用，但沒有回饋到電網(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

    變頻器在未來的網(wǎng)絡(luò)智能化、專門化與一體化、無公害環(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變頻器的了解與使用上，通過上述內(nèi)容希望能夠幫助大家快速了解變頻器過電壓故障產(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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