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電壓波動對變頻器的影響及其解決措施

發(fā)布時間：2014-12-23 08:37:14瀏覽次數(shù)：1783
   在供電系統(tǒng)在運行中，存有大量沖擊性負荷與間歇性負荷，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、快速地變化，這種電壓波動對采用矢量閉環(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)合實際，首先對電壓波動對變頻器的影響進行闡述，然后提出變頻器過電壓與變頻器欠電壓各自解決措施。
1電壓波動對變頻器的影響
    電壓波動是指電壓均方根值的一系列變動或連續(xù)的改變。主要有帶沖擊負載的電動機啟動與運行、反復(fù)短時工作負載、大型電動機啟動、供電系統(tǒng)短路以及供電線路遭遇雷擊電等原因引起。
1.1過電壓對變頻器的影響
    通用變頻器的基本組成電路是整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。變頻器過電壓一般是指中間直流回路過電壓，其危害主要有以下三點：一是電網(wǎng)電壓升高會增加電機鐵芯磁通，很容易造成磁路飽和，加大勵磁電流，導(dǎo)致電機溫升過大，損傷電機;二是電網(wǎng)電壓升高會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大，對電機絕緣壽命有很大的影響;三是對中間直流回路濾波電容器壽命影響很大，甚至會引起電容器爆裂。
1.2欠電壓對變頻器的影響
    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的過載能力，當電網(wǎng)欠電壓幅度較小，持續(xù)時間較短時，對功率器件正常運行影響不大，當電網(wǎng)電壓降幅過大，持續(xù)時間長時，變頻器的開關(guān)電源無法起振，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，功率器件不能進行關(guān)斷，給變頻器造成損害。
2解決變頻器抗電壓波動能力的措施
2.1過電壓故障解決措施
    解決電網(wǎng)過電壓對變頻器的影響，主要思路是對變頻器中間直流回路多余能量進行有效及時處理，同時要預(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)的沖擊過電壓、雷電導(dǎo)致過電壓以及補償電容在合閘或斷開時是造成變頻器輸入端過電壓的主要原因。對于此類隱患，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機的U、V、W相的各動力線間、以及這些動力線和地之間，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到規(guī)定的電壓以上就流過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電壓幅值，避免電網(wǎng)過電壓保護等作用，是抑制過電壓有效方法。
2)調(diào)整變頻器已設(shè)定的參數(shù)
    如果工藝流程中對負載減速時間不限定，在設(shè)置變頻器減速時間參數(shù)時，以不引起中間回路過電壓為限為條件設(shè)定，不能太短，避免出現(xiàn)負載動能釋放太快情況，尤其是變頻器所控制負載慣性較大的設(shè)備，減速參數(shù)要適當增加;如果生產(chǎn)工藝流程對負載減速時間有一定的要求，為預(yù)防變頻器在限定時間內(nèi)出現(xiàn)過電壓跳停，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
    泄放電阻就是在儲能元件兩端并聯(lián)的電阻，給儲能元件提供一個消耗能量的通路，使電路安全。這個電阻叫泄放電阻?？梢允嵌O管，如電感(繼電器線包)并聯(lián)的二極管。當前功率較小變頻器一般在制造時內(nèi)部中間直流回路都設(shè)計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)工藝需要增加泄放電阻，從而預(yù)防過電壓。
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，提升回路承受過電壓的能力，也可在設(shè)計階段選用較大容量的變頻器來有效防治過電壓的影響。
6)降低工頻電源電壓
    當前，常用變頻器電源側(cè)均是采不可控整流橋，其特點是電源電壓較高，中間直流回路產(chǎn)生的電壓也跟著升高。譬如電源電壓為380V時，變頻器的直流回路電壓達到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電壓會更高。因此，在條件容許下，可利用變壓器的分接開關(guān)，通過低壓檔的放置降低電源電壓來提升變頻器過電壓能力。
7)多臺變頻器共用直流母線
    可根據(jù)實際需要進行設(shè)計將多臺變頻器的直流母線回路并聯(lián)在一起(變頻器本身設(shè)計有外接的直流母線輸出端子)，這樣任何一臺變頻器從直流母線上取用的電流通常情況下都是大于同時間從外部饋入的多余電流，可以保持共用直流母線的電壓，因此，至少兩臺同時運行的變頻器具有共用直流母線能夠平衡變頻器的直流母線電壓，使設(shè)備啟動、停止時對電網(wǎng)的沖擊也低，同時在電機停機成了發(fā)電機，能量回饋到直流母線。
8)通過控制系統(tǒng)功能優(yōu)勢解決變頻器過電壓問題
    變頻器的減速和負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載的突降前，通過支配的工藝流程控制系統(tǒng)對變頻器進行控制，降低過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)，同時增加了中間直流回路承受饋入能量的能力，預(yù)防過電壓。如果生產(chǎn)工藝流程使變頻器規(guī)律性負載突降，在負載突降前，可以通過FOXBORO的DCS集散系統(tǒng)的控制功能的控制系統(tǒng)，適當提升將變頻器的頻率，減少變頻器中間直流回路被負載側(cè)過多的能量饋入。
2.2欠電壓故障解決措施
1)設(shè)置變頻器自動再起動功能
    功率大的設(shè)備在起動時造成的電壓短時跌落，很容易使變頻器因欠壓而保護跳停，因此，設(shè)置變頻器自動再起動功能有效預(yù)防欠電壓對變頻器的影響。其設(shè)計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能夠自動復(fù)位。也有部分變頻器有“工頻切換選用件”，可以通過這種選用件設(shè)置因瞬停等原因脫離變頻器的電機在復(fù)電時繼續(xù)運轉(zhuǎn)，即作為瞬停再啟動裝置使用，這樣變頻器的逆變器控制電源在突然失電后，可以進行自動復(fù)位。當前，實現(xiàn)瞬時停電再起動主要有以下幾種措施：一是等變頻器所控制的設(shè)備完全停止后，再進行自行啟動;二是利用外加機械制動或者直流制動使變頻器所控制的設(shè)備迅速停止運行，減少自由旋轉(zhuǎn)時間;三是在通用變頻器中采用停電后檢測由剩磁產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的頻率，通過光耦和比較器將正弦波變成方波，通過檢測方波的頻率得到電機的運行頻率，變頻器按照此頻率值和相應(yīng)的電壓可再起動變頻器所控制的設(shè)備。
2)裝設(shè)UPS(不間斷電源)供電
    當正常交流供電中斷時，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”或零切換時間的功能特點，預(yù)防變頻器因欠壓而跳停的缺點。即電源一旦失壓或瞬間停電，UPS立即將機內(nèi)電池的電能，通過逆變轉(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)運行。
3)調(diào)低低電壓保護值，延長控制設(shè)備的加速時間
    當前很多變頻器在供電電源降到其額定值的90%左右時，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)其說明書適當調(diào)低變頻器低電壓保護值，同時，變頻器控制的電氣設(shè)備加速時間短，加速度很高，電源電壓會被很快拉低，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，適當延長變頻器所控制設(shè)備的加速時間，降低電網(wǎng)出現(xiàn)降壓對變頻器的影響，如果使用了PID技術(shù)控制器，注意降低系統(tǒng)響應(yīng)，減P加I，延長濾波時間。
3結(jié)束語
    總之，變頻器在調(diào)試與使用過程中會遇到各類不同故障，其中由于電網(wǎng)電壓波動對其影響最大，因此，在裝置變頻器時，應(yīng)該根據(jù)工藝流程性質(zhì)，結(jié)合變頻器本身參數(shù)以及控制系統(tǒng)狀況，采取相應(yīng)的措施來預(yù)防過電壓或者欠電壓對其的危害，才能預(yù)防電壓波動變頻器內(nèi)部電路損壞，保障變頻器安全穩(wěn)定工作。
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