摘要：随着电力、电子技术发展的日趋成熟，变频器不仅调速平滑，运行平稳，调节范围大，启动电流小，工作效率高，而且节能效果显著，因此，变频调速技术被广泛应用于工业自动化领域。我厂油井应用变频器启动控制方式已占据油井启动柜的80%。其运行状态直接影响到油井的正常生产，进而影响到整个采油厂产量的稳定。
关键词：变频器；过电压故障；处理与防护
一、变频器产生过电压的原因
1、输入侧（电源）电压原因。三相交流额定电压是380V，允许误差在7%~10%，也就是说变频器的输入电压允许在353.4V~418V波动，当供电电压高于或低于此范围值时，会造成变频器过电压或者欠电压故障。
2、输出侧负载原因。①由于某种原因负载带动电动机运转，使电动机处于再生发电状态，也就是电动机实际转速高于变频器给定的同步转速，负载的机械能通过电动机转换成电能，经过逆变回路的六个续流二极管加到滤波电容两端，产生过电压。②电动机正在运行时所带负载突然消失（如抽油机皮带断、柱塞泵柱塞失效），电动机产生自感电动势，并且与电源电压同方向叠加，形成高电压，使变频器产生过电压故障。
3、变频器所带电动机或变频器出线电缆接地，这种时候启动电机，输出电流突增，变频器停运，报过电压。
4、外部环境，雷电、大风等恶劣天气等因素，也是产生过电压的原因。
5、操作不当，在进行变频器参数设置时，因减速时间过短电机反馈产生的大量能量会积聚在滤波电容上，从而造成变频器过电压故障。
6、变频器本身故障，导致误报过电压故障。
二、变频器过电压的危害
1、电动机温升过高
由公式U=E=4.44NFφm可知，过高交流电压使电机磁路过饱和，对于电动机来说，电压过高必然使电动机铁芯磁通增加，可能导致磁路饱和，励磁电流过大，从而引起电动机温升过高，同时电压脉冲幅度过大，易损坏电动机绝缘，缩短电动机寿命。
2、高电压对中间直流回路滤波电容器的寿命有直接的影响，严重时会引起电容器的爆裂，造成变频器损坏。
三、过电压故障分析
变频器的过压主要来自电源输入侧的过电压和负载侧的过电压两个方面，主要发生在直流母线上，变频器过电压故障具体表现形式主要有输入电源引起的过电压、雷电导致的过电压、减速或制动的时间过短引起的过电压等。过电压故障主要发生在中间回路，与制动有较大关系，一般发生在制动过程。过电压问题来源有：（1）来自电源输入侧的过电压。变频器有一个正常工作的电压适应范围，因此，通常情况下电源输入侧不易发生过压。但在电源输入侧有雷电以及大的电磁干扰时，会产生强大的电压冲击，此时也会导致过电压。雷电情况不可避免，但其发生概率相对较小。（2）来自负载侧的过电压。过电压问题主要发生在逆变阶段，即负载侧过压故障。逆变环节的过电压主要是指由于受到环境，使用年限以及使用不当，操作有误，维护不及时等因素导致电动机出现再生发电现象，而这部分电能将通过逆变器的续流二极管单元回馈到直流回路。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当工作中的逆变器处于整流状态时，如果变频器中没有采取能耗措施，这些电能将给直流回路中的电容器元件充电，同时由于电容的放电会使直流母线电压上升，当充电电压上升达到限值就会因保护电路的自我保护功能自动跳闸，严重的会引起电容损坏。
负载侧的过电压原因主要是当电机在制动或减速时，因变频器设置的减速时间参数过小，或者因为工艺要求的限制必须在限定的时间内减速至规定频率或停止运行时，变频器的输出频率减小的速度较快，而工作负载由于自身惯性难以根据输出频率作出相对应的调速反应，此时电机转子转速将超过变频器同步转速，转子切割旋转磁场，也就是电机发电。这部分电能将通过逆变回路直流回路中的储能电容器元件充电，进而会使直流母线电压上升，即再生过电压。这些再生电能的部分电能会因变频器与电机自身的耗能能力被变频器及电机消耗出去。剩余的部分再生能量会通过直流回路给储能电容充电，当充电电压上升达到限值就会因保护电路的自我保护功能自动跳闸，严重的会引起电容损坏。
四、过电压故障处理与防护
对来自电源输入侧引起的过电压，正常情况下变频器有一个正常工作的电压范围，因此通常情况下电源输入侧不会引起过压。雷电产生会产生强大的电压冲击引起过电压。雷电产生的情况不可避免，但其发生概率相对较小。因此，变频器在使用过程中产生的过电压主要是考虑由负载侧引起的再生过电压。综上所述，过电压故障的防护处理总体上就是在确保电源电压在变频器的正常运转电压范围内，进行定期检修，同时检查变频器频器的减速时间是否设置正确，若发现设置过短，应根据反复调试适当延长减速时间。防治的处理措施就是要将过多的再生电能耗散掉，常用的有如下方法：（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。
结束语
本文介绍的技术应用于变频器故障的诊断与排除，当变频器出现了过电压故障时，指导维修人员如何用万用表进行变频器过电压故障检测，查找此类故障及排除故障点的方法。尤其是使用在天然气压缩机、注水泵等大型设备中的变频器，当发生过电压故障时使用此方法解决，缩短了排除变频器故障的时间，提高了变频器的维修效率，提高油井的运转时率。
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.
论文作者:龙云
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/5
标签：过电压论文; 变频器论文; 电压论文; 回路论文; 故障论文; 电动机论文; 负载论文; 《电力设备》2018年第31期论文;