變頻器過(guò)壓產(chǎn)生的原因及解決方法

變頻器過(guò)壓產(chǎn)生的原因及解決方法過(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(xiàn)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(xiàn)電壓計(jì)算，則平均直流電壓Ud=1.35U線(xiàn)=513V。在過(guò)電壓發(fā)生時(shí)，直流母線(xiàn)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(xiàn)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(jiàn)。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(xiàn)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(huà)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。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(chē)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓現(xiàn)象，如果對(duì)停車(chē)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(chē)的方法來(lái)解決。所謂自由停車(chē)即變頻器將主開(kāi)關(guān)器件斷開(kāi)，讓電機(jī)自由滑行停止。如果對(duì)停車(chē)時(shí)間或停車(chē)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(chēng)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(kāi)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(chē)時(shí)的制動(dòng)。對(duì)于減速（從高速轉(zhuǎn)為低速，但不停車(chē)）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)最適用于在正常工作過(guò)程中為負(fù)載提供制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。再生制動(dòng)的方法：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(xiàn)電壓來(lái)控制一個(gè)功率管的通斷。在直流母線(xiàn)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。并聯(lián)直流母線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)被處于電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)所吸收。在不能完全吸收的情況下，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。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(duì)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。再生制動(dòng)的應(yīng)用一條化纖長(zhǎng)絲牽伸生產(chǎn)線(xiàn)，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T(mén)D2000-22KW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(kāi)車(chē)調(diào)試時(shí)因牽伸比小，絲束總旦較低，系統(tǒng)開(kāi)車(chē)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(kāi)車(chē)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(xiàn)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T(mén)DB-4C01-0300制動(dòng)組件。開(kāi)車(chē)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。本文詳細(xì)說(shuō)明了變頻器產(chǎn)生過(guò)電壓的各種原因及相應(yīng)的防止措施，討論了再生制動(dòng)的幾種方式，并通過(guò)應(yīng)用實(shí)例對(duì)過(guò)電壓的防止及再生制動(dòng)的應(yīng)用進(jìn)行了仔細(xì)的分析。結(jié)果證明，再生制動(dòng)功能是解決過(guò)電壓現(xiàn)象的最主要的方法。^?的走生典再生制勤所^^?器的^?，是指由於齊重齊重原因造成的燮原器雷厘超遇額定雷厘，集中表現(xiàn)在燮原器直流母'^的直流?上。正常工作日寺，燮原器直流部?^三相全波整流彳爰的平均值。若以380V^?#算，刖平均直流雷厘Ud=1.35U^=513V。在^?＜生日寺，直流母^上的儲(chǔ)能雷容將被充€，＜?上升至700V左右日寺，（因檄型而＜）^?器遇雷厘保^勤作。造成^?的原因主要有麗重：雷源遇雷厘和再生遇雷厘。雷源遇雷厘是指因雷源?^高而使直流母^?超遇額定值。而現(xiàn)在大部分燮原器的輸入雷厘最高可＜460V，因此，雷源引起的遇雷厘,亟舄少見(jiàn)。本文主要言寸言禽的冏題是再生^?o＞生再生^?主要有以下原因：富大GD2（＜＞力矩）^戴5成速日寺燮原器5成速日寺冏言殳定遇短；雷檄受外力影#?＜＞*伸檄）或位能t＜?梯、起重檄）下放。由於逼些原因，使€＜#^#速高於燮原器的指令^速，也就是^，€＜#子^速超遇瞭同步^速，逼日寺雷檄的^差率^t，#子^名且切割旋^磁埸的方向典雷勤檄狀憩日寺相反，其走生的雷磁#矩舄阻磔旋^方向的制勤^矩。所以€^<#^上^於畿雷狀憩，^戴的勤能被再生成舄雷能。再生能量經(jīng)逆燮部^流二,亟管#^?器直流儲(chǔ)能雷容器充雷，使直流母^?上升，逼就是再生^?。因再生^?的遇程中走生的^矩典原^矩相反，舄制勤^矩，因此再生^?的遇程也就是再生制勤的遇程。換句言舌^,消除瞭再生能量，也就提高瞭制勤^矩。如果再生能量不大，因燮原器典雷檄本身具有20%的再生制勤能力，逼部分雷能將被燮原器及雷檄消耗掉。若是部分能量超遇瞭燮原器典雷檄的消耗能力，直流回路的雷容瘠被遇充€，^?器的^?保^功能勤作，使遑行停止。舄避免逼齊重情況的畿生，必^將是部分能量及日寺的虛理掉，同日寺也提高瞭制勤^矩，逼就是再生制勤的目的。遇雷厘的防止措施由於^€?生的原因不同，因而采取的封策也不相同。封於在停卓遇程中走生的遇雷厘現(xiàn)象，如果封停卓日寺冏或位置照特殊要求，那麼可以采用延<^?器5成速日寺冏或自由停卓的方法來(lái)解決。所、胃自由停卓即燮原器將主^^器件^^，<?自由滑行停止。如果封停卓日寺冏或停卓位置有一定的要求，那麼可以采用直流制勤（DC制勤）功能。直流制勤功能是將雷彳窈成速到一定原率彳紀(jì)在雷檄定子^名且中通入直流雷，形成一佃靜止的磁#o<<#子^名且切割逼佃磁埸而走生一佃制勤^矩，使^戴的勤能燮成雷能以熟量的形式消耗於?#子回路中，因此逼重制勤又彳再作能耗制勤。在直流制勤的遇程中^隙上包含瞭再生制勤典能耗制勤麗佃遇程。逼重制勤方法效率僮舄再生制勤的30-60%，制勤^矩段小。由於將能量消耗於雷檄中畬使雷檄遇熟，所以制勤日寺冏不宜遇畏。而且直流制勤^始原率，制勤日寺冏及制^?的大小均舄人工言殳定，不能根摞再生雷厘的高低自勤^筋，因而直流制勤不能用於正常遑行中走生的^?，＜能用於停卓日寺的制勤。封於5成速（彳楚高速^舄低速，但不停卓）日寺因^戴的GD2（O^矩）遇大而走生的^?，可以采取逋富延畏5成速日寺冏的方法來(lái)解決。其#＜?方法也是利用再生制勤原理，延畏5速日寺冏蔓是控制^戴的再生?#^?器的充雷速度，使燮原器本身的20%的再生制勤能力得到合理利用而已。至於那些由於外力的作用（包括位能下放）而使雷檄虛於再生狀憩的^戴，因其正常遑行於制勤狀憩，再生能量遇高照法由燮原器本身消耗掉，因此不可能采用直流制勤或延畏5速日寺冏的方法。再生制勤典直流制勤相比，具有段高的制勤^矩，而且制勤^矩的大小可以跟#t＜所需的制勤力矩（即再生能量的高低）由燮原器的制勤罩元自勤控制。因此再生制勤最逋用於在正常工作遇程中舄^戴提供制勤^矩。再生制勤的方法：能量消耗型：逼齊重方法是在燮原器直流回路中業(yè)聊一佃制勤雷阻，通遇檢測(cè)直流母^€＜^控制一佃功率管的通新。在直流母^€＜上升至700V左右畤，功率管辱通，將再生能量通入雷阻，以熟能的形式消耗掉，彳楚而防止直流雷厘的上升。由於再生能量沒(méi)能得到利用，因此屠於能量消耗型。同舄能量消耗型，它典直流制勤的不同黑占是將能量消耗於雷檄之外的制勤雷阻上，雷檄不畬遇熟，因而可以段原繁的工作。業(yè)聊直流母^吸收型：逋用於多€?^系#充（如牽伸檄），在逼佃系#充中，每＜€＜均需一毫燮原器，多＜^?器共用一佃^側(cè)燮流器，所有的逆燮部業(yè)接在一孑條共用直流母^上。逼齊重系#充中往往有一毫或*＜€＜正常工作於制勤狀憩，虛於制勤狀憩的雷檄被其它€^＜拖勤，走生再生能量，逼些能量再通遇業(yè)聊直流母^被虛於€^a?的雷檄所吸收。在不能完全吸收的情況下，刖通遇共用的制勤雷阻消耗掉。逼*里的再生能量部分被吸收利用，但沒(méi)有回佛?到雷^中。能量回^型：能量回^型的燮原器^側(cè)燮流器是可逆的，富有再生能量走生日寺，可逆燮流器將再生能量回＜^€ffl，使再生能量得到完全利用。但是重方法封雷源的穗定性要求段高，一旦突然停€，#＜生逆燮^覆。再生制勤的雁用一孑條化?^^伸生走^(guò)，由三^牽伸檄名且成，分別由三＜?^勤。一審昆雷檄功率22KW、4,亟，采用蟲(chóng)解旱5成速器，速比舄25：1；二審昆雷檄功率37KW、4亟，蟲(chóng)解旱5成速器，速比16：1；三昆雷檄功率45KW，采用圜柱05速器，速比6：1。雷檄分別采用革舄TD2000-22KW三塑IHF37K，45K燮原器^勤。三＜^?器根摞牽伸比及速比采用比例控制。它的工作遇程是是檬的：￡#束^在一昆、二昆、三昆上，由燮原器控制三審昆之冏不同的速度封￡#束逵行牽伸。^卓^言式日寺因牽伸比小，￡#束#息旦段低，系統(tǒng)^卓正常。在投走一段日寺冏彳兔由於工葵^整，增大瞭牽伸比及^束#息旦，（牽伸比由工葵決定，^旦通俗的^,就是^束的粗￡田及根敷多少，#息旦越高，￡#束越粗。牽伸倍敷或#息旦越大，三昆封二昆、一昆的拖力越大。）逼日寺出現(xiàn)瞭冏題。^卓日寺冏不畏，一昆燮原器原繁^示SC（遇雷厘防止），二昆燮原器偶懈也有是齊重現(xiàn)象。日寺冏稍畏，一昆燮原器保^停檄，故障^示E006（遇雷厘）。通遇封故障現(xiàn)象^行仔田的分析，得出以TM^：由於一昆典二昆之冏的牽伸比占#息牽伸倍數(shù)的70%，而二昆、三昆雷檄功率均大於一