變頻器過電壓的原因及其對策

一、 前 言：

變頻器在調(diào)試與使用過程中經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的問題，其中過電壓現(xiàn)象最為常見。

過電壓產(chǎn)生后，變頻器為了防止內(nèi)部電路損壞，其過電壓保護(hù)功能將動(dòng)作，使變頻器停止運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。因此必須采取措施消除過電壓，防止故障的發(fā)生。由于變頻器與電機(jī)的應(yīng)用場合不同，產(chǎn)生過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)的對策。

二、過電壓的產(chǎn)生與再生制動(dòng)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(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）變頻器過電壓保護(hù)動(dòng)作。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母線電壓超過額定值。而現(xiàn)在大部分變頻器的輸入電壓最高可達(dá)460V，因此，電源引起的過電壓極為少見。

本文主要討論的問題是再生過電壓。產(chǎn)生再生過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，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過了同步轉(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，這就是再生過電壓。因再生過電壓的過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與原轉(zhuǎn)矩相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此再生過電壓的過程也就是再生制動(dòng)的過程。換句話說，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。若這部分能量超過了變頻器與電機(jī)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(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、過電壓的防止措施：由于過電壓產(chǎn)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(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象，如果對停車時(shí)間或位置無特殊要求，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。電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組切割這個(gè)磁場而產(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)的過程中實(shí)際上包含了再生制動(dòng)與能耗制動(dòng)兩個(gè)過程。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)過熱，所以制動(dòng)時(shí)間不宜過長。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)生的過電壓，只能用于停車時(shí)的制動(dòng)。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)間的方法來解決。其實(shí)這種方法也是利用再生制動(dòng)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(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)，再生能量過高無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)最適用于在正常工作過程中為負(fù)載提供制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。