變頻器過電壓原因分析及對策研究

作為電氣傳動控制中重要組成部分的變頻器，在調試與使用過程中經常會出現各種各樣的問題，過電壓現象是其中最為常見的問題之一。通常過電壓產生時，為了防止內部電路被損壞，變頻器的過電壓保護功能會及時啟動，變頻器停止運行，這時設備將無法正常工作。因此，對變頻器過電壓產生的原因進行分析和研究，采取科學有效的措施消除變頻器過電壓，維護系統的正常工作，尤為重要。

一、變頻器過電壓的危害

變頻器過電壓分為電源過電壓和再生過電壓，集中表現在變頻器直流母線的直流電壓上，其主要危害表現在以下三方面。

1.電動機磁路飽和

電動機電壓過高，可使電動機鐵芯磁通增加，導致磁路飽和勵磁電流的過大，引起電動機溫升過快和過高。

2.電動機絕緣受損

中間直流回路電壓升高、變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，都會大大降低電動機絕緣壽命。

3.大大縮短電容器壽命

變頻器過電壓嚴重時會引起電容器爆裂。在對變頻器進行設計時，一般都將中間直流回路過電壓值限定在DC 800V左右，確保當發生電壓超過限定值時，變頻器可按照限定要求，對系統進行跳閘保護。

二、變頻器過電壓原因分析

變頻器的過電壓是指變頻器的電壓超過額定值，原因主要有以下幾種。

1.變頻器自身問題

變頻器使用環境差、電路板腐蝕、電壓控制通道被破壞、連接插件松動不牢靠等，都會使電壓反饋線接觸不良、變頻器接地不良，發生變頻器過電壓現象。

2.變頻器過電壓集中在直流母線的支流電壓上

正常情況下，變頻器直流電為三相全波整流后的平均值。平均直流電壓計算公式為：Ud=1.35U線，式中：Ud表示平均直流電壓，U線表示線電壓。

我國的電源線電壓為380V，平均直流電壓為513V。個別單位夜間的電源線電壓可達450V，其峰值電壓為636V，沒有超過中間直流回路過電壓800V的限定值。但變頻器都有一個正常的工作電壓范圍，當電壓超過這個范圍時，變頻器產生過電壓保護動作。常見的過電壓有電源過電壓和負載側再生過電壓兩類。

（1）電源過電壓。電源輸入側的過電壓主要是指電源側的沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓等，多發生在節假日，線路負載較小，電壓升高或降低而引起線路故障，此時最好斷開電源，進行檢查和處理。

（2）負載側再生過電壓。負載側再生過電壓發生在由于某種原因使電動機處于再生發電狀態時，即電動機處于實際轉速比變頻頻率決定的同步轉速高的狀態，電動機處于發電狀態，如果變頻器中沒有采取消耗這些能量的措施，這些能量將會導致中間直流回路的電容器的電壓上升，超出保護值，出現故障。

此外，多個電動拖動同一個負載時，特別是一臺電動機的實際轉速大于另一臺電動機的同步轉速，以及變頻器負載突降、變頻器中間直流回路電容容量下降等，也是造成變頻器過電壓的主要原因。

三、變頻器過電壓故障對策

1.重視變頻器自身引起的過電壓

對使用時間較長、使用環境較差的變頻器，應做好以下工作：防塵、防滴、防潮工作，保持電氣柜內上下通氣孔的暢通；檢查排氣扇是否正常運轉；在柜內加裝除濕器或空調器進行防潮；保證變頻器電路不受周圍環境腐蝕；對變頻器運行時的溫度、濕度、振動等進行嚴格的檢查和維護，保證變頻器各項運行參數均在設計要求范圍內，檢查變頻器、電動機、變壓器等器件是否過熱、是否連接完好，并按電工操作規定或制度做好記錄。

2.嚴格規定合理的負載減速時間

工業生產中，應嚴格規定合理的負載減速時間，使系統在限定的時間內，既可處理多余能量，又可減速至規定頻率或停止運行。例如工業生產中常見的布袋除塵，當需要去除吸附在濾布上的濾餅時，通常通過使濾布的出料側壓力高于進料側壓力，從而形成較高的壓差來實現，但進料閥門的突然關閉會使進料端變頻器突降，電動機進入再生發電，引發過電壓。所以工藝設計時，應對該階段的壓力提出要求。

3.避免變頻器負載突降

負載突降會使轉速瞬間提高，負載電動機進入再生發電，導致變頻器過電壓。

4.提高電壓穩定性

在中間直流回路上增加電容增大回路的電容量，更換運行時間過長而容量下降的電容器，能夠對提高電壓穩定性起到非常重要的作用。

另外，在輸入側增加逆變電路以將多余的能量回饋給電網，適當降低工頻電源電壓以及采用多臺變頻器共用直流母線等，都是解決變頻器過電壓的有效方法。

綜上所述，只有對變頻器過電壓故障原因進行分析和研究，掌握變頻器特性參數，結合工業生產特點，才能制定出相應的對策，確保設備的正常運轉。

（作者單位：聊城市高級技工學校）