變頻器過電壓故障原因分析及對策

河南煤化精細化工有限公司 張國軍 張 偉

變頻器過電壓故障原因分析及對策

河南煤化精細化工有限公司 張國軍 張 偉

變頻器中間直流過電壓故障是變頻器的一個弱點，要處理該問題，需要結合變頻器本身參數、控制系統狀況和工藝流程等實際情況，找到發生故障的具體原因，進而尋求解決對策。

一、產生變頻器過電壓的原因

1.來自電源輸入側的過電壓。通常情況下的電源電壓為380 V，允許誤差為–5%～+10%，經三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591 V，個別情況下電源線電壓達到450 V，其峰值電壓也只有636 V，并不算很高，一般電源電壓不會使變頻器因過電壓跳閘。

2.來自負載側的過電壓。主要是指由于某種原因使電動機處于再生發電狀態時，電機處于實際轉速比變頻頻率決定的同步轉速高的狀態，負載的傳動系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過逆變器的6個續流二極管回饋到變頻器的中間直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態，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電壓上升，達到限值就會自動跳閘。

3.變頻器減速時間參數設定相對較小，未使用變頻器減速過電壓自處理功能。當變頻器拖動大慣性負載時，其減速時間設定的比較小，在減速過程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負載拖動電動機的轉速比變頻器輸出的頻率所對應的轉速還要高，電動機處于發電狀態，而變頻器沒有能量處理單元或其作用有限，因而導致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護值，就會出現過電壓跳閘故障。

4.工藝要求在限定時間內減速至規定頻率或停止運行。工藝流程限定了負載的減速時間，合理設定相關參數也不能減緩這一故障，系統也沒有采取處理多余能量的措施，必然會引發過壓跳閘故障。

5.當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將處于再生發電制動狀態。位能負載下降過快，過多回饋能量超過中間直流回路及其能量處理單元的承受能力，過電壓故障也會發生。

6.變頻器負載突降。變頻器負載突降會使負載的轉速明顯上升，使負載電機進入再生發電狀態，從負載側向變頻器中間直流回路回饋能量，短時間內能量的集中回饋，可能會使中間直流回路及其能量處理單元引發過電壓故障。

二、過電壓故障處理對策

過電壓故障的處理關鍵有兩點，一是中間直流回路多余能量如何及時處理；二是如何避免或減少多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內。本文，筆者結合上述兩點，提出了以下處理對策。

1.在電源輸入側增加吸收裝置，減少過電壓因素。對于電源輸入側若有沖擊過電壓、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發生，可在輸入側并聯浪涌吸收裝置或串聯電抗器，機制過電壓的產生。

2.從變頻器已設定的參數中尋找解決辦法。不同工藝流程，負載減速時間的設定不同，要結合具體情況分析。

（1）若工藝流程不限定負載減速時間。變頻器減速時間參數的設定不要太短，以免負載動能釋放太快。該參數的設定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負載慣性較大時該參數的設定。

（2）若工藝流程對負載減速時間有限制。為了避免在限定時間內變頻器出現過電壓跳閘現象，需要設定變頻器失速自整定功能；也可先設定變頻器不過壓情況下可減至的頻率值，暫緩后減速至0，以減緩頻率減小的速度。

3.通過控制系統的功能優勢解決變頻器過電壓問題。在很多工藝流程中，變頻器的減速和負載的突降是受控制系統支配的，可以利用控制系統的某些功能，在變頻器的減速和負載突降前進行控制，減少過多的能量饋入變頻器中間直流回路。

（1）對于規律性減速過電壓故障，可將變頻器輸入側的不可控整流橋換成半可控或全控整流橋，在減速前將中間直流電壓控制在允許的范圍內，相對加大中間直流回路承受饋入能量的能力，避免產生過電壓故障。

（2）對于規律性負載突降過電壓故障，可利用控制系統（如SIEMENS的PLC系統）的控制功能，在負載突降前，適當提升變頻器的頻率，減少負載側過多的能量饋入中間直流回路，防止過電壓故障發生。

4.增加泄放電阻。通常，小于7.5 kW的變頻器在出廠時內部中間直流回路均裝有控制單元和泄放電阻，大于7.5 kW的變頻器需根據實際情況外加控制單元和泄放電阻，為中間直流回路多余能量釋放提供通道。

5.在中間直流回路上增加合適的電容。中間直流回路電容可以穩定電壓，提高回路承受過電壓的能力。適當增大回路的電容或及時更換運行時間過長且容量下降的電容器，是解決變頻器過電壓的有效方法。

6.在條件允許的情況下適當降低工頻電源電壓。有的變頻器距離變壓器很近，變頻器輸入電壓超過400 V，對變頻器中間直流回路承受過電壓能力影響很大。在這種情況下，如果條件允許，可以將變壓器的分接開關放置在低壓擋，適當降低電源電壓，達到相對提高變頻器過電壓能力的目的。