河南煤化精細(xì)化工有限公司 張國軍 張 偉

變頻器過電壓故障原因分析及對(duì)策

河南煤化精細(xì)化工有限公司 張國軍 張 偉

變頻器中間直流過電壓故障是變頻器的一個(gè)弱點(diǎn)，要處理該問題，需要結(jié)合變頻器本身參數(shù)、控制系統(tǒng)狀況和工藝流程等實(shí)際情況，找到發(fā)生故障的具體原因，進(jìn)而尋求解決對(duì)策。

一、產(chǎn)生變頻器過電壓的原因

1.來自電源輸入側(cè)的過電壓。通常情況下的電源電壓為380 V，允許誤差為–5%～+10%，經(jīng)三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591 V，個(gè)別情況下電源線電壓達(dá)到450 V，其峰值電壓也只有636 V，并不算很高，一般電源電壓不會(huì)使變頻器因過電壓跳閘。

2.來自負(fù)載側(cè)的過電壓。主要是指由于某種原因使電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，電機(jī)處于實(shí)際轉(zhuǎn)速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)，負(fù)載的傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的6個(gè)續(xù)流二極管回饋到變頻器的中間直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)，如果變頻器中沒有采取消耗這些能量的措施，這些能量將會(huì)導(dǎo)致中間直流回路的電容器電壓上升，達(dá)到限值就會(huì)自動(dòng)跳閘。

3.變頻器減速時(shí)間參數(shù)設(shè)定相對(duì)較小，未使用變頻器減速過電壓自處理功能。當(dāng)變頻器拖動(dòng)大慣性負(fù)載時(shí)，其減速時(shí)間設(shè)定的比較小，在減速過程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負(fù)載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器沒有能量處理單元或其作用有限，因而導(dǎo)致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護(hù)值，就會(huì)出現(xiàn)過電壓跳閘故障。

4.工藝要求在限定時(shí)間內(nèi)減速至規(guī)定頻率或停止運(yùn)行。工藝流程限定了負(fù)載的減速時(shí)間，合理設(shè)定相關(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，必然會(huì)引發(fā)過壓跳閘故障。

5.當(dāng)電動(dòng)機(jī)所傳動(dòng)的位能負(fù)載下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。位能負(fù)載下降過快，過多回饋能量超過中間直流回路及其能量處理單元的承受能力，過電壓故障也會(huì)發(fā)生。

6.變頻器負(fù)載突降。變頻器負(fù)載突降會(huì)使負(fù)載的轉(zhuǎn)速明顯上升，使負(fù)載電機(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)使中間直流回路及其能量處理單元引發(fā)過電壓故障。

二、過電壓故障處理對(duì)策

過電壓故障的處理關(guān)鍵有兩點(diǎn)，一是中間直流回路多余能量如何及時(shí)處理；二是如何避免或減少多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)。本文，筆者結(jié)合上述兩點(diǎn)，提出了以下處理對(duì)策。

1.在電源輸入側(cè)增加吸收裝置，減少過電壓因素。對(duì)于電源輸入側(cè)若有沖擊過電壓、雷電引起的過電壓、補(bǔ)償電容在合閘或斷開時(shí)形成的過電壓發(fā)生，可在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器，機(jī)制過電壓的產(chǎn)生。

2.從變頻器已設(shè)定的參數(shù)中尋找解決辦法。不同工藝流程，負(fù)載減速時(shí)間的設(shè)定不同，要結(jié)合具體情況分析。

（1）若工藝流程不限定負(fù)載減速時(shí)間。變頻器減速時(shí)間參數(shù)的設(shè)定不要太短，以免負(fù)載動(dòng)能釋放太快。該參數(shù)的設(shè)定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負(fù)載慣性較大時(shí)該參數(shù)的設(shè)定。

（2）若工藝流程對(duì)負(fù)載減速時(shí)間有限制。為了避免在限定時(shí)間內(nèi)變頻器出現(xiàn)過電壓跳閘現(xiàn)象，需要設(shè)定變頻器失速自整定功能；也可先設(shè)定變頻器不過壓情況下可減至的頻率值，暫緩后減速至0，以減緩頻率減小的速度。

3.通過控制系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)解決變頻器過電壓問題。在很多工藝流程中，變頻器的減速和負(fù)載的突降是受控制系統(tǒng)支配的，可以利用控制系統(tǒng)的某些功能，在變頻器的減速和負(fù)載突降前進(jìn)行控制，減少過多的能量饋入變頻器中間直流回路。

（1）對(duì)于規(guī)律性減速過電壓故障，可將變頻器輸入側(cè)的不可控整流橋換成半可控或全控整流橋，在減速前將中間直流電壓控制在允許的范圍內(nèi)，相對(duì)加大中間直流回路承受饋入能量的能力，避免產(chǎn)生過電壓故障。

（2）對(duì)于規(guī)律性負(fù)載突降過電壓故障，可利用控制系統(tǒng)（如SIEMENS的PLC系統(tǒng)）的控制功能，在負(fù)載突降前，適當(dāng)提升變頻器的頻率，減少負(fù)載側(cè)過多的能量饋入中間直流回路，防止過電壓故障發(fā)生。

4.增加泄放電阻。通常，小于7.5 kW的變頻器在出廠時(shí)內(nèi)部中間直流回路均裝有控制單元和泄放電阻，大于7.5 kW的變頻器需根據(jù)實(shí)際情況外加控制單元和泄放電阻，為中間直流回路多余能量釋放提供通道。

5.在中間直流回路上增加合適的電容。中間直流回路電容可以穩(wěn)定電壓，提高回路承受過電壓的能力。適當(dāng)增大回路的電容或及時(shí)更換運(yùn)行時(shí)間過長且容量下降的電容器，是解決變頻器過電壓的有效方法。

6.在條件允許的情況下適當(dāng)降低工頻電源電壓。有的變頻器距離變壓器很近，變頻器輸入電壓超過400 V，對(duì)變頻器中間直流回路承受過電壓能力影響很大。在這種情況下，如果條件允許，可以將變壓器的分接開關(guān)放置在低壓擋，適當(dāng)降低電源電壓，達(dá)到相對(duì)提高變頻器過電壓能力的目的。