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變頻器過電壓的產(chǎn)生與再生制動(dòng)

時(shí)間:2013-06-14 11:25:40來源:傳動(dòng)網(wǎng)

導(dǎo)語:?變頻器過電壓的原因及其對(duì)策 變頻器在調(diào)試與使用過程中經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的問題,其中過電壓現(xiàn)象最為常見。

變頻器過電壓的原因及其對(duì)策

變頻器在調(diào)試與使用過程中經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的問題,其中過電壓現(xiàn)象最為常見。

過電壓產(chǎn)生后,變頻器為了防止內(nèi)部電路損壞,其過電壓保護(hù)功能將動(dòng)作,使變頻器停止運(yùn)行,導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。

因此必須采取措施消除過電壓,防止故障的發(fā)生。由于變頻器與電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合不同,產(chǎn)生過電壓的原因也不相同,所以應(yīng)根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的對(duì)策。

變頻器過電壓的產(chǎn)生與再生制動(dòng)

所謂變頻器的過電壓,是指由于種種原因造成的變頻器電壓超過額定電壓,集中表現(xiàn)在變頻器直流母線的直流電壓上。

正常工作時(shí),變頻器直流部電壓為三相全波整流后的平均值。若以380V線電壓計(jì)算,則平均直流電壓Ud=1.35U線=513V。

在過電壓發(fā)生時(shí),直流母線上的儲(chǔ)能電容將被充電,當(dāng)電壓上升至700V左右時(shí),(因機(jī)型而異)變頻器過電壓保護(hù)動(dòng)作。

造成變頻器過電壓的原因主要有兩種:電源過電壓和再生過電壓。

電源過電壓是指因電源電壓過高而使直流母線電壓超過額定值。而現(xiàn)在大部分變頻器的輸入電壓最高可達(dá)460V,因此,電源引起的過電壓極為少見。

本文主要討論的問題是再生過電壓。

產(chǎn)生再生過電壓主要有以下原因:當(dāng)大GD2(飛輪力矩)負(fù)載減速時(shí)變頻器減速時(shí)間設(shè)定過短;

電機(jī)受外力影響(風(fēng)機(jī)、牽伸機(jī))或位能負(fù)載(電梯、起重機(jī))下放。由于這些原因,使電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于變頻器的指令轉(zhuǎn)速,也就是說,電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速,這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率為負(fù),轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)相反,其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為阻礙旋轉(zhuǎn)方向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所以電動(dòng)機(jī)實(shí)際上處于發(fā)電狀態(tài),負(fù)載的動(dòng)能被"再生"成為電能。

再生能量經(jīng)逆變部續(xù)流二極管對(duì)變頻器直流儲(chǔ)能電容器充電,使直流母線電壓上升,這就是再生過電壓。因再生過電壓的過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與原轉(zhuǎn)矩相反,為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,因此再生過電壓的過程也就是再生制動(dòng)的過程。

換句話說,消除了再生能量,也就提高了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。如果再生能量不大,因變頻器與電機(jī)本身具有20的再生制動(dòng)能力,這部分電能將被變頻器及電機(jī)消耗掉。若這部分能量超過了變頻器與電機(jī)的消耗能力,直流回路的電容將被過充電,變頻器的過電壓保護(hù)功能動(dòng)作,使運(yùn)行停止。為避免這種情況的發(fā)生,必須將這部分能量及時(shí)的處理掉,同時(shí)也提高了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,這就是再生制動(dòng)的目的。

防止變頻器過電壓的措施

由于過電壓產(chǎn)生的原因不同,因而采取的對(duì)策也不相同。對(duì)于在停車過程中產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象,如果對(duì)停車時(shí)間或位置無特殊要求,那么可以采用延長變頻器減速時(shí)間或自由停車的方法來解決。所謂自由停車即變頻器將主開關(guān)器件斷開,讓電機(jī)自由滑行停止。

如果對(duì)停車時(shí)間或停車位置有一定的要求,那么可以采用直流制動(dòng)(DC制動(dòng))功能。

直流制動(dòng)功能是將電機(jī)減速到一定頻率后,在電機(jī)定子繞組中通入直流電,形成一個(gè)靜止的磁場(chǎng)。

電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組切割這個(gè)磁場(chǎng)而產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,使負(fù)載的動(dòng)能變成電能以熱量的形式消耗于電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中,因此這種制動(dòng)又稱作能耗制動(dòng)。在直流制動(dòng)的過程中實(shí)際上包含了再生制動(dòng)與能耗制動(dòng)兩個(gè)過程。這種制動(dòng)方法效率僅為再生制動(dòng)的30-60,制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。由于將能量消耗于電機(jī)中會(huì)使電機(jī)過熱,所以制動(dòng)時(shí)間不宜過長。

而且直流制動(dòng)開始頻率,制動(dòng)時(shí)間及制動(dòng)電壓的大小均為人工設(shè)定,不能根據(jù)再生電壓的高低自動(dòng)調(diào)節(jié),因而直流制動(dòng)不能用于正常運(yùn)行中產(chǎn)生的過電壓,只能用于停車時(shí)的制動(dòng)。

對(duì)于減速(從高速轉(zhuǎn)為低速,但不停車)時(shí)因負(fù)載的GD2(飛輪轉(zhuǎn)矩)過大而產(chǎn)生的過電壓,可以采取適當(dāng)延長減速時(shí)間的方法來解決。其實(shí)這種方法也是利用再生制動(dòng)原理,延長減速時(shí)間只是控制負(fù)載的再生電壓對(duì)變頻器的充電速度,使變頻器本身的20的再生制動(dòng)能力得到合理利用而已。至于那些由于外力的作用(包括位能下放)而使電機(jī)處于再生狀態(tài)的負(fù)載,因其正常運(yùn)行于制動(dòng)狀態(tài),再生能量過高無法由變頻器本身消耗掉,因此不可能采用直流制動(dòng)或延長減速時(shí)間的方法。

再生制動(dòng)與直流制動(dòng)相比,具有較高的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,而且制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小可以跟據(jù)負(fù)載所需的制動(dòng)力矩(即再生能量的高低)由變頻器的制動(dòng)單元自動(dòng)控制。因此再生制動(dòng)最適用于在正常工作過程中為負(fù)載提供制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

變頻再生制動(dòng)的方法:

1.能量消耗型:

這種方法是在變頻器直流回路中并聯(lián)一個(gè)制動(dòng)電阻,通過檢測(cè)直流母線電壓來控制一個(gè)功率管的通斷。在直流母線電壓上升至700V左右時(shí),功率管導(dǎo)通,將再生能量通入電阻,以熱能的形式消耗掉,從而防止直流電壓的上升。由于再生能量沒能得到利用,因此屬于能量消耗型。同為能量消耗型,它與直流制動(dòng)的不同點(diǎn)是將能量消耗于電機(jī)之外的制動(dòng)電阻上,電機(jī)不會(huì)過熱,因而可以較頻繁的工作。

2.并聯(lián)直流母線吸收型:

適用于多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)(如牽伸機(jī)),在這個(gè)系統(tǒng)中,每臺(tái)電機(jī)均需一臺(tái)變頻器,多臺(tái)變頻器共用一個(gè)網(wǎng)側(cè)變流器,所有的逆變部并接在一條共用直流母線上。這種系統(tǒng)中往往有一臺(tái)或數(shù)臺(tái)電機(jī)正常工作于制動(dòng)狀態(tài),處于制動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)被其它電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),產(chǎn)生再生能量,這些能量再通過并聯(lián)直流母線被處于電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)所吸收。在不能完全吸收的情況下,則通過共用的制動(dòng)電阻消耗掉。這里的再生能量部分被吸收利用,但沒有回饋到電網(wǎng)中。

3.能量回饋型:

能量回饋型的變頻器網(wǎng)側(cè)變流器是可逆的,當(dāng)有再生能量產(chǎn)生時(shí),可逆變流器將再生能量回饋給電網(wǎng),使再生能量得到完全利用。但這種方法對(duì)電源的穩(wěn)定性要求較高,一旦突然停電,將發(fā)生逆變顛覆。

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