摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，变频器是电力系统中重要的电子设备，其运行状态直接影响到电力工业设备的正常使用，并进而影响到整个工业系统的稳定运行。尽管现有的变频器自带过流、过压、过载保护等功能，但由于受到环境，使用年限以及使用不当，操作有误，维护不及时等因素的影响，仍会发生故障或停运状况。目前，变频器在工业生产使用过程中，过电压、过电流、过载、过热等故障问题依然存在，这些故障给工业的稳定、快速发展带来了一定阻滞作用。过压问题容易引起电动机磁路饱和，从而导致电动机温度过高；降低电动机绝缘性能，从而导致使用寿命缩短；过压还会引起电容器超负荷破坏。文章针对变频器过压问题，通过研究变频器的工作原理来对过压故障产生的内外机理进行分析，并提出相应的故障处理与防护，保障港口装卸机械的正常稳定运行。
关键词：变频器；过压；故障分析；故障处理
引言
变频器之所以会产生过电压故障，是因为直流母线上的电压太高，超过了可承受的范围，线路就会被自动切断，很容易在实际运行中引起较多麻烦。变频器产生过电压故障和很多因素都有关系，所以可以根据不同因素采取相应对策来解决。文章分析了导致变频器过电压故障的原因，并据此提出了几点应对措施，以供大家参考。
1变频器过电压故障的分析
变频器过电压，通常是指变频器直流母线电压超过一定范围，影响到变频器本身元器件的安全工作，而采取的一种停机保护机制，，这是电压型交-直-交变频器设计上的一大缺陷。正常情况下，变频器的直流电压为三相全波整流滤波后的平均值，以380V计算，直流母线电压Ud=380x1.414=537V，而在发生过压时，直流母线端的主电容则会充电储能，母线电压不断升高，当电压上升至主电容额定电压800V左右时，变频器就会进行过压保护停机，否则将影响变频器性能甚至导致其损坏。对于变频器来说，变频器出现过电压跳闸，有三方面的原因：（1）输入三相电压升高，造成直流母线电压升高导致变频器过电压跳闸；（2）电动机出现回馈发电现象，造成变频器直流母线电压升高跳闸；（3）谐波干扰，变频器为电力电子元件，本身就很容易产生一些高次谐波，当谐波电压超过直流母线电压保护设定值800V后导致变频器过电压跳闸。通常情况下的电源电压为380V，允许误差为-5%～+5%，经三相桥式全波整流后中间直流的峰值为591V，个别情况下电源线电压达到450V，其峰值电压也只有636V，并不算很高，一般电源电压不会使变频器因过电压跳闸。电源输入侧的过电压主要是指电源侧的冲击过电压，如雷电引起的过电压,这种情况也很少见到。电动机的回馈发电现象主要是指由于某种原因使电动机处于再生发电状态时，即电机处于实际转速比变频频率决定的同步转速高的状态，负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的6个续流二极管回馈到变频器的中间直流回路中。此时的逆变器处于整流状态，如果变频器中没采取消耗这些能量的措施，这些能量将会导致中间直流回路的电容器的电压上升。达到门限电压值800V即行跳闸。电动机的回馈发电主要是变频器减速时间参数设定相对较小及未使用变频器减速过电压自处理功能。当变频器拖动惯性负载时，其减速时间设定的比较小，在减速过程中，变频器输出频率下降的速度比较快，而负载惯性比较大，靠本身阻力减速比较慢，使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还要高，电动机处于发电状态，而变频器没有能量处理单元或其作用有限，因而导致变频器中间直流回路电压升高，超出保护值，就会出现过电压跳闸故障。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆生产装置在调整变频器频率时通过两种方式，一种自动，设定好外部温度、压力等信号后变频器频率随温度、压力等信号变化而变化；一种手动调节，给定变频器固定的4-20mA信号，变频器以固定 频率运行。当设置为自动调节时，温度、压力等信号波动较大时，变频器频率变化较大，变频器的加减速就较为频繁，容易出现电动机的回馈发电造成变频器过电压现象。电动机的回馈发电时如果变频器在运行多年，中间直流回路电容容量下降将不可避免，中间直流回路对直流电压的调节程度减弱，在工艺状况和设定参数未曾改变的情况下，发生变频器过电压跳闸几率会增大，这时需要对中间直流回路电容器容量下降情况进行检查。变频器主电路一般为交一直一交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压，经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大，变频器主要产生5、7次谐波危害大，在逆变输出回路中，大部分采用PWM脉冲宽度调制技术，输出电压信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形。
2过电压故障处理与防护
（1）耗能装置。a.在电源输入侧加设耗能装置，消耗对电路系统不利的过电压。对于电源输入侧，如果有雷电引起的过电压、冲击过电压，有补偿电容的电路在开关启、闭时产生的过电压现象，可以在电源输入侧并联耗能装置或串联电阻抗元件，以此抑制过电压的发生。b.增加泄放电阻。变频器内部直流回路一般都装有控制单元和泄放电阻，释放中间直流回路上的多余电能。c.在直流回路上给原有电容并联储能电容。电容可以通过充放电达到稳定电压的目的，以此提高回路承受过电压的能力。同时，适度加大回路的电容并更换容量耗损明显的电容器。d.在变频器的直流回路中并联制动电阻，并定期检查直流母线上的电压，并根据实际需要设置合理的阈值来控制功率管的通、断。功率管的工作原理是当直流母线上的电压上升到设定的阈值时，功率管就会接通，并将再生能量释放到制动电阻上，制动电阻放热将不利的过电压耗散掉，以此达到避免直流电压增大。同时，因为能量在制动电阻上耗散，因此不会导致电机严重发热。具体应用有：西门子S120系列变频器在BLM型整流单元上加设并联制动电阻。（2）能量回馈。能量回馈的工作原理是针对电源输入侧变流器可逆的整流单元，可以将再生发电产生电压通过电源输入侧线路回馈给电路系统，从而利用再生电能。可利用控制单元的控制功能，避免规律性负载突降导致的过压问题。在负载突降前，适当增大频率，减少负载侧过多的能量流入直流回路，以防止过电压故障发生。如西门子S120系列SLM模块，当制动导致直流母线电压升高时，SLM模块将多余的能量自动回馈给电源输入侧，从而保证直流母线上电压相对稳定。对于规律性减速引起的过电压故障，可将变频器输入侧的不可控整流桥换成半可控或全控整流桥。减速前，在保证直流电压控制在允许范围内的前提下，相对提高直流回路承受馈入能量的能力，从而避免过电压问题。（3）激活直流母线控制器。针对直流侧过电压的问题，变频器控制单元能通过内部PID算法，系统自行调设频率。具体应用如S120变频器将参数P1200设置为1，以此激活母线上电压的控制器。
结语
变频器过电压故障时有发生，了解过电压产生的机理，与变频器的运作参数结合考虑，采取适当措施提高电路过电压保护能力，是减少变频器过电压故障的必须做到的工作，也最大程度地减少了由于过电压故障造成的设备损坏带来的经济损失。
参考文献
[1]鲁慧春.浅谈变频器常见故障的处理[J].数字技术与应用，2011（11）：204.
[2]孙凯，赵彦伟，刘爱荣，等.变频器的常见故障、处理措施及日常维护[J].自动化应用，2015（6）：74.
论文作者:叶荣灿
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/17
标签：过电压论文; 变频器论文; 电压论文; 母线论文; 回路论文; 电动机论文; 谐波论文; 《基层建设》2019年第18期论文;