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1、變頻器電壓波動(dòng)的解決措施關(guān)鍵詞:變頻器電壓波動(dòng)電抗器在供電系統(tǒng)在運(yùn)行中,存有大量沖擊性負(fù)荷與間歇性負(fù)荷,加之供電系統(tǒng)各種短路故 障的發(fā)生都很容易造成電網(wǎng)電壓出現(xiàn)短時(shí)、快速地變化,這種電壓波動(dòng)對(duì)采用矢量閉環(huán)控制 的變頻器影響很大,甚至導(dǎo)致其跳停,影響生產(chǎn)。結(jié)合實(shí)際,首先對(duì)電壓波動(dòng)對(duì)變頻器的影 響進(jìn)行闡述,然后提出變頻器過(guò)電壓與變頻器欠電壓各自解決措施。1電壓波動(dòng)對(duì)變頻器的影響電壓波動(dòng)是指電壓均方根值的一系列變動(dòng)或連續(xù)的改變。主要有帶沖擊負(fù)載的電動(dòng)機(jī) 啟動(dòng)與運(yùn)行、反復(fù)短時(shí)工作負(fù)載、大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、供電系統(tǒng)短路以及供電線(xiàn)路遭遇雷擊電 等原因引起。1.1過(guò)電壓對(duì)變頻器的影響通用變頻器的基本組成電路是整

2、流電路和逆變電路兩部分,整流電路是將工頻交流電 整流成直流電。逆變電路再將直流電逆變成頻率和電壓可調(diào)的交流電。變頻調(diào)速裝置一般是 均采用交一直一交電壓模式。變頻器過(guò)電壓一般是指中間直流回路過(guò)電壓,其危害主要有以 下三點(diǎn):一是電網(wǎng)電壓升高會(huì)增加電機(jī)鐵芯磁通,很容易造成磁路飽和,加大勵(lì)磁電流,導(dǎo) 致電機(jī)溫升過(guò)大,損傷電機(jī);二是電網(wǎng)電壓升高會(huì)使中間直流回路電壓升高后,變頻器輸出 電壓的脈沖幅度過(guò)大,對(duì)電機(jī)絕緣壽命有很大的影響;三是對(duì)中間直流回路濾波電容器壽命 影響很大,甚至?xí)痣娙萜鞅选?.2欠電壓對(duì)變頻器的影響變頻器具有GTO、IGBT以及IGCT等眾多功率性的器件,這些功率性器件通常有一定

3、的過(guò)載能力,當(dāng)電網(wǎng)欠電壓幅度較小,持續(xù)時(shí)間較短時(shí),對(duì)功率器件正常運(yùn)行影響不大,當(dāng) 電網(wǎng)電壓降幅過(guò)大,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)時(shí),變頻器的開(kāi)關(guān)電源無(wú)法起振,控制電源的輸出停止或輸 出功率下降。很容易造成變頻器控制系統(tǒng)發(fā)生紊亂,功率器件不能進(jìn)行關(guān)斷,給變頻器造成 損害。2解決變頻器抗電壓波動(dòng)能力的措施2.1過(guò)電壓故障解決措施解決電網(wǎng)過(guò)電壓對(duì)變頻器的影響,主要思路是對(duì)變頻器中間直流回路多余能量進(jìn)行有 效及時(shí)處理,同時(shí)要預(yù)防或者降低多余能量饋送到變頻器的中間直流回路,讓電網(wǎng)產(chǎn)生的過(guò) 電壓處于一定的允許值內(nèi)。1)裝設(shè)浪涌吸收裝置或者串聯(lián)電抗器作為吸收裝置電網(wǎng)的沖擊過(guò)電壓、雷電導(dǎo)致過(guò)電壓以及補(bǔ)償電容在合閘或斷開(kāi)時(shí)是造成

4、變頻器輸入 端過(guò)電壓的主要原因。對(duì)于此類(lèi)隱患,可以在變頻器裝設(shè)浪涌吸收裝置或者串聯(lián)電抗器預(yù)防。 浪涌吸收裝置就是在連接逆變器和電動(dòng)機(jī)的U、V、W相的各動(dòng)力線(xiàn)間、以及這些動(dòng)力線(xiàn)和 地之間,分別連接半導(dǎo)體浪涌吸收元件。這些半導(dǎo)體浪涌吸收元件在兩端子間達(dá)到規(guī)定的電 壓以上就流過(guò)電流并箝位電壓的特性。串聯(lián)電抗器能夠降低電容器組的涌流倍數(shù)和涌流頻 率,提高短路阻抗,減小短路容量,降低短路電流,減小操作電容器組引起的過(guò)電壓幅值, 避免電網(wǎng)過(guò)電壓保護(hù)等作用,是抑制過(guò)電壓有效方法。2)調(diào)整變頻器已設(shè)定的參數(shù)如果工藝流程中對(duì)負(fù)載減速時(shí)間不限定,在設(shè)置變頻器減速時(shí)間參數(shù)時(shí),以不引起中 間回路過(guò)電壓為限為條件設(shè)定,

5、不能太短,避免出現(xiàn)負(fù)載動(dòng)能釋放太快情況,尤其是變頻器 所控制負(fù)載慣性較大的設(shè)備,減速參數(shù)要適當(dāng)增加;如果生產(chǎn)工藝流程對(duì)負(fù)載減速時(shí)間有一 定的要求,為預(yù)防變頻器在限定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)過(guò)電壓跳停,要設(shè)定變頻器失速自整定功能,也 可設(shè)定變頻器的頻率值,通過(guò)減緩頻率降低所控制設(shè)備的轉(zhuǎn)速。3)增加泄放電阻泄放電阻就是在儲(chǔ)能元件兩端并聯(lián)的電阻,給儲(chǔ)能元件提供一個(gè)消耗能量的通路,使 電路安全。這個(gè)電阻叫泄放電阻??梢允嵌O管,如電感(繼電器線(xiàn)包)并聯(lián)的二極管。當(dāng)前 功率較小變頻器一般在制造時(shí)內(nèi)部中間直流回路都設(shè)計(jì)了控制單元與泄放電阻,而大功率的 變頻器為給其中間直流回路能夠很好的釋放多余的能量提供通道,應(yīng)該根據(jù)工

6、藝需要增加泄 放電阻,從而預(yù)防過(guò)電壓。4)增加逆變電路逆變電路基本作用是在控制電路的控制下,將中間的直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為 頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源,在變頻器的輸入側(cè)增加逆變電路,可以使變頻器中間直 流回路多余的能量回饋給電網(wǎng)。但造價(jià)較高,技術(shù)要求復(fù)雜。5)在中間直流回路上加合適電容根據(jù)變頻器的容量以及其中間直流回路的電流電壓的估算,可以在其中間直流回路上 增加合適的電容,此電容能夠穩(wěn)定回路電壓,提升回路承受過(guò)電壓的能力,也可在設(shè)計(jì)階段 選用較大容量的變頻器來(lái)有效防治過(guò)電壓的影響。6)降低工頻電源電壓當(dāng)前,常用變頻器電源側(cè)均是采不可控整流橋,其特點(diǎn)是電源電壓較高,中間直流回 路產(chǎn)生

7、的電壓也跟著升高。譬如電源電壓為380V時(shí),變頻器的直流回路電壓達(dá)到537V, 如果變頻器離變壓器的位置較勁,其輸入電壓一般為400V以上,導(dǎo)致中間直流回路承受過(guò) 電壓會(huì)更高。因此,在條件容許下,可利用變壓器的分接開(kāi)關(guān),通過(guò)低壓檔的放置降低電源 電壓來(lái)提升變頻器過(guò)電壓能力。7)多臺(tái)變頻器共用直流母線(xiàn)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)將多臺(tái)變頻器的直流母線(xiàn)回路并聯(lián)在一起(變頻器本身設(shè)計(jì) 有外接的直流母線(xiàn)輸出端子),這樣任何一臺(tái)變頻器從直流母線(xiàn)上取用的電流通常情況下都 是大于同時(shí)間從外部饋入的多余電流,可以保持共用直流母線(xiàn)的電壓,因此,至少兩臺(tái)同時(shí) 運(yùn)行的變頻器具有共用直流母線(xiàn)能夠平衡變頻器的直流母線(xiàn)電壓,使

8、設(shè)備啟動(dòng)、停止時(shí)對(duì)電 網(wǎng)的沖擊也低,同時(shí)在電機(jī)停機(jī)成了發(fā)電機(jī),能量回饋到直流母線(xiàn)。8)通過(guò)控制系統(tǒng)功能優(yōu)勢(shì)解決變頻器過(guò)電壓?jiǎn)栴}變頻器的減速和負(fù)載的突降一般受在工藝流程中的受控制系統(tǒng)控制。因此,可以在變 頻器的減速和負(fù)載的突降前,通過(guò)支配的工藝流程控制系統(tǒng)對(duì)變頻器進(jìn)行控制,降低過(guò)多的 能量饋入變頻器的中間直流回路。譬如把變頻器輸入側(cè)的不可控整流橋換成半可控或全控整 流橋規(guī)律性減速過(guò)電壓,在工藝流程減速前,可以把中間直流電壓控制符合要求低值范圍內(nèi), 同時(shí)增加了中間直流回路承受饋入能量的能力,預(yù)防過(guò)電壓。如果生產(chǎn)工藝流程使變頻器規(guī) 律性負(fù)載突降,在負(fù)載突降前,可以通過(guò)FOXBORO的DCS集散系統(tǒng)的

9、控制功能的控制系 統(tǒng),適當(dāng)提升將變頻器的頻率,減少變頻器中間直流回路被負(fù)載側(cè)過(guò)多的能量饋入。2.2欠電壓故障解決措施1)設(shè)置變頻器自動(dòng)再起動(dòng)功能功率大的設(shè)備在起動(dòng)時(shí)造成的電壓短時(shí)跌落,很容易使變頻器因欠壓而保護(hù)跳停,因 此,設(shè)置變頻器自動(dòng)再起動(dòng)功能有效預(yù)防欠電壓對(duì)變頻器的影響。其設(shè)計(jì)就是變頻器在失電 后,濾波電容器放電,逆變器控制電源失電時(shí)能夠自動(dòng)復(fù)位。也有部分變頻器有“工頻切換 選用件”,可以通過(guò)這種選用件設(shè)置因瞬停等原因脫離變頻器的電機(jī)在復(fù)電時(shí)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),即 作為瞬停再啟動(dòng)裝置使用,這樣變頻器的逆變器控制電源在突然失電后,可以進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位。 當(dāng)前,實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)停電再起動(dòng)主要有以下幾種措施:一是等

10、變頻器所控制的設(shè)備完全停止后, 再進(jìn)行自行啟動(dòng);二是利用外加機(jī)械制動(dòng)或者直流制動(dòng)使變頻器所控制的設(shè)備迅速停止運(yùn) 行,減少自由旋轉(zhuǎn)時(shí)間;三是在通用變頻器中采用停電后檢測(cè)由剩磁產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻 率,通過(guò)光耦和比較器將正弦波變成方波,通過(guò)檢測(cè)方波的頻率得到電機(jī)的運(yùn)行頻率,變頻 器按照此頻率值和相應(yīng)的電壓可再起動(dòng)變頻器所控制的設(shè)備。2)裝設(shè)UPS(不間斷電源)供電當(dāng)正常交流供電中斷時(shí),將蓄電池輸出的直流變換成交流持續(xù)供電的電源設(shè)備,它具 有濾波、穩(wěn)壓以及不間斷供電的功能,變頻器裝設(shè)UPS電源后,可以充分利用其“失壓”或 零切換時(shí)間的功能特點(diǎn),預(yù)防變頻器因欠壓而跳停的缺點(diǎn)。即電源一旦失壓或瞬間停電, UPS立即將機(jī)內(nèi)電池的電能,通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換的方法向變頻器繼續(xù)供應(yīng)合適的電源,使變頻 器維持正常工作并保護(hù)變頻器的軟、硬件不受損壞,保障變頻器控制設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。3)調(diào)低低電壓保護(hù)值,延長(zhǎng)控制設(shè)備的加速時(shí)間當(dāng)前很多變頻器在供電電源降到其額定值的90%左右時(shí),變頻器即可發(fā)生跳停,因此, 為提升變頻器抗電壓的功能,可以根據(jù)其說(shuō)明書(shū)適當(dāng)調(diào)低變頻器低電壓保護(hù)值,同時(shí),變頻 器控制的電氣設(shè)備加速時(shí)間短,加速度很高,電源電壓會(huì)被很快拉低,導(dǎo)致變頻器欠電壓而 跳停,因此,可根據(jù)生產(chǎn)工藝需求,適當(dāng)延長(zhǎng)變頻器所控制設(shè)備的加速時(shí)間,降低電網(wǎng)出現(xiàn) 降壓對(duì)變頻器的影響,如果使用了 P

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