茶葉機(jī)變頻器過(guò)壓的處理

分類(lèi)：技術(shù)教程日期：2011-12-08 00:00:00 來(lái)源：浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院李方園《控制與傳動(dòng)》第5期

1 前言

變頻器過(guò)壓故障保護(hù)是變頻器中間直流電壓達(dá)到危險(xiǎn)程度后采取的保護(hù)措施，這是電壓型交-直-交變頻器設(shè)計(jì)上的一大缺陷，在變頻器實(shí)際運(yùn)行中引起此故障的原因較多，在茶葉機(jī)變頻器過(guò)壓案例中，通過(guò)分析過(guò)壓產(chǎn)生的兩個(gè)原因，在此基礎(chǔ)上分析清楚故障原因，并有針對(duì)性的采取相應(yīng)的幾個(gè)措施去處理。

2 茶葉機(jī)變頻器過(guò)壓的故障現(xiàn)象

某茶葉廠用戶(hù)在使用茶葉機(jī)械時(shí)使用兩臺(tái)艾默生變頻器EV1000-4T0022G（2.2KW）變頻器，控制兩臺(tái)6CBC型八角炒干機(jī)（如圖1所示），其中一臺(tái)變頻器一直運(yùn)行良好，一臺(tái)變頻器運(yùn)行兩星期后開(kāi)始偶爾出現(xiàn)E006恒速過(guò)壓故障。后用戶(hù)將此變頻器功率換高一檔為3.7KW，變頻器仍然會(huì)出現(xiàn)E006故障。

圖1 6CBC型八角炒干機(jī)

3 變頻器過(guò)壓的提出、原因與對(duì)策

（1）過(guò)壓?jiǎn)栴}的提出

變頻器過(guò)壓故障保護(hù)是變頻器中間直流電壓達(dá)到危險(xiǎn)程度后采取的保護(hù)措施，這是電壓型交-直-交變頻器設(shè)計(jì)上的一大缺陷，在變頻器實(shí)際運(yùn)行中引起此故障的原因較多，可以采取的措施也較多，在處理此類(lèi)故障時(shí)要分析清楚故障原因，有針對(duì)性的采取相應(yīng)的措施去處理。

通用變頻器大都為電壓型交-直-交變頻器，從變頻器的基本結(jié)構(gòu)圖中可以知道三相交流電首先通過(guò)二極管不控整流橋得到脈動(dòng)直流電，再經(jīng)電解電容濾波穩(wěn)壓，最后經(jīng)無(wú)源逆變輸出電壓、頻率可調(diào)的交流電給電動(dòng)機(jī)供電。一般而言，負(fù)載的能量可以分為動(dòng)能和勢(shì)能兩種。動(dòng)能（由負(fù)載的速度和重量確定其大?。╇S著物體的運(yùn)動(dòng)而累積，當(dāng)動(dòng)能減為零時(shí)，該物體就處在停止?fàn)顟B(tài)。圖2所示為電機(jī)傳動(dòng)的四種運(yùn)行方式，在很多工藝場(chǎng)合中所涉及到負(fù)載的共同特點(diǎn)，就是要求電機(jī)不僅運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)（一、三象限），而且要運(yùn)行于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)（二、四象限）。

圖2 電機(jī)傳動(dòng)的四種運(yùn)行方式

對(duì)于變頻器，如果輸出頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)過(guò)程，由制動(dòng)產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)，由于二極管不控整流器能量傳輸不可逆，產(chǎn)生的再生電能傳輸?shù)街绷鱾?cè)濾波電容上，產(chǎn)生泵升電壓；而以GTR、IGBT為代表的全控型器件耐壓較低，過(guò)高的泵升電壓有可能損壞開(kāi)關(guān)器件、電解電容，甚至?xí)茐碾姍C(jī)的絕緣，從而威脅系統(tǒng)安全工作，這就限制了通用變頻器的應(yīng)用范圍。因此，必須將這些功率消耗掉，如可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類(lèi)負(fù)載時(shí)，如負(fù)載下降，能量（勢(shì)能）也要返回到變頻器（或電源）側(cè)，這種操作方法被稱(chēng)作“再生制動(dòng)”。

如果在負(fù)載減速期間或者長(zhǎng)期被倒拖時(shí)，由電機(jī)側(cè)流到變頻器直流母線(xiàn)側(cè)產(chǎn)生的功率如果不通過(guò)熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)或者通過(guò)直流母線(xiàn)并聯(lián)的方式由其他電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)消耗的方法叫做回饋制動(dòng)。顯然，如需要將能量直接返回到電源側(cè)還需要一種特殊的裝置，即能量回饋單元。

總而言之，為了改善制動(dòng)能力，不能單純期望靠增加變頻器的容量來(lái)解決問(wèn)題，而必須采用處理再生能量的方法：電阻能耗制動(dòng)和回饋制動(dòng)。

（2）變頻器過(guò)壓故障的危害性

變頻器過(guò)壓主要是指其中間直流回路過(guò)壓，中間直流回路過(guò)壓主要危害在于：

a、引起電動(dòng)機(jī)磁路飽和。對(duì)于電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，電壓主過(guò)高必然使電機(jī)鐵芯磁通增加，可能導(dǎo)致磁路飽和，勵(lì)磁電流過(guò)大，從面引起電機(jī)溫升過(guò)高。

b、損害電動(dòng)機(jī)絕緣。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。

b、對(duì)中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過(guò)壓值限定在DC800V左右，一旦其電壓超過(guò)限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護(hù)。

正是基于過(guò)壓的嚴(yán)重危害性，在以下變頻器應(yīng)用場(chǎng)合，用戶(hù)必須考慮配套使用制動(dòng)方式：電機(jī)拖動(dòng)大慣量負(fù)載（如離心機(jī)、龍門(mén)刨、巷道車(chē)、行車(chē)的大小車(chē)等）并要求急劇減速或停車(chē)；電機(jī)拖動(dòng)位能負(fù)載（如電梯，起重機(jī)，礦井提升機(jī)等）；電機(jī)經(jīng)常處于被拖動(dòng)狀態(tài)（如離心機(jī)副機(jī)、造紙機(jī)導(dǎo)紙輥電機(jī)、化纖機(jī)械牽伸機(jī)等）。

（3）過(guò)壓故障處理對(duì)策

對(duì)于過(guò)壓故障的處理，關(guān)鍵一是中間直流回路多余能量如何及時(shí)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(guò)壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)。

下面是主要的對(duì)策：

a、在電源輸入側(cè)增加吸收裝置，減少過(guò)壓因素

對(duì)于電源輸入側(cè)有沖擊過(guò)壓、雷電引起的過(guò)壓、補(bǔ)償電容在合閘或斷開(kāi)時(shí)形成的過(guò)壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法加以解決。

b、從變頻器已設(shè)定的參數(shù)中尋找解決辦法

c、分析工藝流程，在工藝流程中尋找解決辦法

d、采用增加制動(dòng)電阻的方法

e、在輸入側(cè)增加逆變電路的方法

f、采用在中間直流回路上增加適當(dāng)電容的方法

g、在條件允許的情況下適當(dāng)降低工頻電源電壓

h、多臺(tái)變頻器共用直流母線(xiàn)的方法

i、通過(guò)控制系統(tǒng)功能優(yōu)勢(shì)解決變頻器過(guò)壓?jiǎn)栴}

4 茶葉機(jī)變頻器過(guò)壓分析處理

由于變頻器能在復(fù)位后正常運(yùn)行，所以應(yīng)重點(diǎn)檢查變頻器在運(yùn)行中的電壓變化情況。測(cè)量變頻器EV1000-4T0022G的直流母線(xiàn)電壓UPN在恒速運(yùn)行過(guò)程中電壓偶爾有上升現(xiàn)象，當(dāng)電壓達(dá)到760V時(shí)變頻器報(bào)E0006（恒速過(guò)壓故障），從此現(xiàn)象可以看出此臺(tái)八角炒干機(jī)在恒速運(yùn)行過(guò)程中由于機(jī)械部分重心不穩(wěn)而出現(xiàn)再生回饋。

為進(jìn)一步證實(shí)變頻器本身不是E006故障的原因，將此臺(tái)報(bào)故障變頻器控制另外一臺(tái)運(yùn)行良好的炒干機(jī)，結(jié)果此臺(tái)變頻器運(yùn)行良好，由此更可看出此中故障和變頻器本身質(zhì)量無(wú)關(guān)，對(duì)于在恒速運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)有回饋現(xiàn)象應(yīng)采取能耗制動(dòng)方式，只需在變頻器側(cè)加一個(gè)制動(dòng)電阻即可（因?yàn)镋V1000系列變頻器已經(jīng)內(nèi)置制動(dòng)單元），制動(dòng)電阻阻值大小根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值、查表或計(jì)算（如前節(jié)所述）獲得，現(xiàn)選擇200Ω/500W。

該茶葉廠用戶(hù)按圖3進(jìn)行接線(xiàn)。

圖3 帶制動(dòng)電阻的八角炒干機(jī)變頻控制

變頻器上電后，重新修改以下參數(shù)：

（1）F2.13: 能耗制動(dòng)選擇為“1”

該參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，即“0”為無(wú)能耗制動(dòng)組件，而“1”為有能耗制動(dòng)組件。

（2）F2.14:制動(dòng)使用率為10％

制動(dòng)使用率根據(jù)實(shí)際情況選擇為10％。

參數(shù)修改后，帶載運(yùn)行，變頻器工作良好，故障消除。

5 總結(jié)歸納

變頻器恒速運(yùn)行中監(jiān)測(cè)直流母線(xiàn)電壓滿(mǎn)足下列條件時(shí)，即直流母線(xiàn)電壓≥過(guò)壓保護(hù)點(diǎn)（參數(shù)設(shè)定），變頻器進(jìn)行保護(hù)，并顯示E006故障代碼。對(duì)于該故障，可以按照表1進(jìn)行一步步排除問(wèn)題。

表1 E006故障排除