一般能引起中間直流回路過壓的原因主要來自以下兩個方面。
(1)來自電源輸入側(cè)的過壓
正常情況下的電源電壓為380v,允許誤差為-5%~+10%,經(jīng)三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591v,個別情況下電源線電壓達(dá)到450v,其峰值電壓也只有636v,并不算很高,一般電源電壓不會使變頻器因過壓跳閘。電源輸入側(cè)的過壓主要是指電源側(cè)的沖擊過壓,如雷電引起的過壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過壓等,主要特點是電壓變化率du/dt和幅值都很大。
(2)來自負(fù)載側(cè)的過壓
主要是指由于某種原因使電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)時,即電機處于實際轉(zhuǎn)速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài),負(fù)載的傳動系統(tǒng)中所儲存的機械能經(jīng)電動機轉(zhuǎn)換成電能,通過逆變器的6個續(xù)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(tài),如果變頻器中沒采取消耗這些能量的措施,這些能量將會導(dǎo)致中間直流回路的電容器的電壓上升,達(dá)到限值即行跳閘。
從變頻器負(fù)載側(cè)可能引起過壓的情況及主要原因如下。
1)變頻器減速時間參數(shù)設(shè)定相對較小及未使用變頻器減速過壓自處理功能。當(dāng)變頻器拖動大慣性負(fù)載時,其減速時間設(shè)定得比較小,在減速過程中,變頻器輸出頻率下降的速度比較快,而負(fù)載慣性比較大,靠本身阻力減速比較慢,使負(fù)載拖動電動機的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高,電動機處于發(fā)電狀態(tài),而變頻器沒有能量處理單元或其作用有限,因而導(dǎo)致變頻器中間直流回路電壓升高,超出保護(hù)值,就會出現(xiàn)過壓跳閘故障。
大多數(shù)變頻器為了避免跳閘,專門設(shè)置了減速過壓的自處理功能,如果在減速過程中,直流電壓超過了設(shè)定的電壓上限值,變頻器的輸出頻率將不再下降,暫緩減速,待直流電壓下降到設(shè)定值以下后再繼續(xù)減速。如果減速時間設(shè)定不合適,又沒有利用減速過壓的自處理功能,就可能出現(xiàn)此類故障。
2)工藝要求在限定時間內(nèi)減速至規(guī)定頻率或停止運行。工藝流程限定了負(fù)載的減速時間,合理設(shè)定相關(guān)參數(shù)也不能減緩這一故障,系統(tǒng)也沒有采取處理多余能量的措施,必然會引發(fā)過壓跳閘故障。
3)當(dāng)電動機所傳動的位能負(fù)載下放時,電動機將處于再生發(fā)電制動狀態(tài)。位能負(fù)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,過壓故障也會發(fā)生。
4)變頻器負(fù)載突降。變頻器負(fù)載突降會使負(fù)載的轉(zhuǎn)速明顯上升,使負(fù)載電機進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài),從負(fù)載側(cè)向變頻器中間直流回路回饋能量,短時間內(nèi)能量的集中回饋,可能會超出中間直流回路及其能量處理單元的承受能力引發(fā)過壓故障。
5)多個電機拖動同一個負(fù)載時,也可能出現(xiàn)這一故障,主要由于沒有負(fù)荷分配引起的。以兩臺電動機拖動一個負(fù)載為例,當(dāng)一臺電動機的實際轉(zhuǎn)速大于另一臺電動機的同步轉(zhuǎn)速時,則轉(zhuǎn)速高的電動機相當(dāng)于原動機,轉(zhuǎn)速低的處于發(fā)電狀態(tài),引起了過壓故障。處理時需加負(fù)荷分配控制??梢园炎冾l器輸出特性曲線調(diào)節(jié)得軟一些。
6)變頻器中間直流回路電容容量下降。變頻器在運行多年后,中間直流回路電容容量下降將不可避免,中間直流回路對直流電壓的調(diào)節(jié)程度減弱,在工藝狀況和設(shè)定參數(shù)未曾改變的情況下,發(fā)生變頻器過壓跳閘概率會增大,這時需要對中間直流回路電容器容量下降情況進(jìn)行檢查。
變頻器過壓主要是指其中間直流回路過壓,中間直流回路過壓的主要危害在于以下幾點。
1)引起電動機磁路飽和。對于電動機來說,電壓過高必然使電機鐵心磁通增加,可能導(dǎo)致磁路飽和,勵磁電流過大,從而引起電機溫升過高。
2)損害電動機絕緣。中間直流回路電壓升高后,變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大,對電機絕緣壽命有很大的影響。
3)對中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響,嚴(yán)重時會引起電容器爆裂。因而,變頻器廠家一般將中間直流回路過壓值限定在dc800v左右,一旦其電壓超過限定值,變頻器將按限定要求跳閘保護(hù)。
正是基于過壓的嚴(yán)重危害性,在以下變頻器應(yīng)用場合,用戶必須考慮配套使用制動方式:電機拖動大慣量負(fù)載(如離心機、龍門刨、巷道車、行車的大小車等)并要求急劇減速或停車;電機拖動位能負(fù)載(如電梯、起重機、礦井提升機等);電機經(jīng)常處于被拖動狀態(tài)(如離心機副機、造紙機導(dǎo)紙輥電機、化纖機械牽引機等)。