變頻器過電壓的產生與解決方法
發布日期:
2021-04-27

  能量回饋單元供應商提醒您:變頻器在調試與使用過程中經常會遇到各種各樣的問題,其中過電壓現象最為常見。過電壓產生后,變頻器為了防止內部電路損壞,其過電壓保護功能將動作,使變頻器停止運行,導致設備無法正常工作。


  因此必須采取措施消除過電壓,防止故障的發生。由于變頻器與電機的應用場合不同,產生過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。


  變頻器過電壓的產生與再生制動


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


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


  在過電壓發生時,直流母線上的儲能電容將被充電,當電壓上升至700V左右時,(因機型而異)變頻器過電壓保護動作。


  造成變頻器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母線電壓超過額定值。而現在大部分變頻器的輸入電壓最高可達460V,因此,電源引起的過電壓極為少見。


  本文主要討論的問題是再生過電壓。


  產生再生過電壓主要有以下原因:當大GD2(飛輪力矩)負載減速時變頻器減速時間設定過短;


  電機受外力影響(風機、牽伸機)或位能負載(電梯、起重機)下放。由于這些原因,使電機實際轉速高于變頻器的指令轉速,也就是說,電機轉子轉速超過了同步轉速,這時電機的轉差率為負,轉子繞組切割旋轉磁場的方向與電動機狀態時相反,其產生的電磁轉矩為阻礙旋轉方向的制動轉矩。所以電動機實際上處于發電狀態,負載的動能被'再生'成為電能。


  再生能量經逆變部續流二極管對變頻器直流儲能電容器充電,使直流母線電壓上升,這就是再生過電壓。因再生過電壓的過程中產生的轉矩與原轉矩相反,為制動轉矩,因此再生過電壓的過程也就是再生制動的過程。


  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。若這部分能量超過了變頻器與電機的消耗能力,直流回路的電容將被過充電,變頻器的過電壓保護功能動作,使運行停止。為避免這種情況的發生,必須將這部分能量及時的處理掉,同時也提高了制動轉矩,這就是再生制動的目的。


  防止變頻器過電壓的措施


  由于過電壓產生的原因不同,因而采取的對策也不相同。對于在停車過程中產生的過電壓現象,如果對停車時間或位置無特殊要求,那么可以采用延長變頻器減速時間或自由停車的方法來解決。所謂自由停車即變頻器將主開關器件斷開,讓電機自由滑行停止。


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


  直流制動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,形成一個靜止的磁場。


  電機轉子繞組切割這個磁場而產生一個制動轉矩,使負載的動能變成電能以熱量的形式消耗于電機轉子回路中,因此這種制動又稱作能耗制動。在直流制動的過程中實際上包含了再生制動與能耗制動兩個過程。這種制動方法效率僅為再生制動的30-60,制動轉矩較小。由于將能量消耗于電機中會使電機過熱,所以制動時間不宜過長。


  而且直流制動開始頻率,制動時間及制動電壓的大小均為人工設定,不能根據再生電壓的高低自動調節,因而直流制動不能用于正常運行中產生的過電壓,只能用于停車時的制動。


  對于減速(從高速轉為低速,但不停車)時因負載的GD2(飛輪轉矩)過大而產生的過電壓,可以采取適當延長減速時間的方法來解決。其實這種方法也是利用再生制動原理,延長減速時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的負載,因其正常運行于制動狀態,再生能量過高無法由變頻器本身消耗掉,因此不可能采用直流制動或延長減速時間的方法。


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


  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一個制動電阻,通過檢測直流母線電壓來控制一個功率管的通斷。在直流母線電壓上升至700V左右時,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是將能量消耗于電機之外的制動電阻上,電機不會過熱,因而可以較頻繁的工作。


  2.并聯直流母線吸收型:

  適用于多電機傳動系統(如牽伸機),在這個系統中,每臺電機均需一臺變頻器,多臺變頻器共用一個網側變流器,所有的逆變部并接在一條共用直流母線上。這種系統中往往有一臺或數臺電機正常工作于制動狀態,處于制動狀態的電機被其它電動機拖動,產生再生能量,這些能量再通過并聯直流母線被處于電動狀態的電機所吸收。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,但沒有回饋到電網中。


  3.能量回饋型:

  能量回饋型的變頻器網側變流器是可逆的,當有再生能量產生時,可逆變流器將再生能量回饋給電網,使再生能量得到完全利用。但這種方法對電源的穩定性要求較高,一旦突然停電,將發生逆變顛覆。


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