茶葉機(jī)變頻器過壓的處理

1 前言

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

2 茶葉機(jī)變頻器過壓的故障現(xiàn)象

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

圖1 6CBC型八角炒干機(jī)

3 變頻器過壓的提出、原因與對策

（1）過壓問題的提出

變頻器過壓故障保護(hù)是變頻器中間直流電壓達(dá)到危險程度后采取的保護(hù)措施，這是電壓型交-直-交變頻器設(shè)計上的一大缺陷，在變頻器實際運行中引起此故障的原因較多，可以采取的措施也較多，在處理此類故障時要分析清楚故障原因，有針對性的采取相應(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二極管不控整流橋得到脈動直流電，再經(jīng)電解電容濾波穩(wěn)壓，最后經(jīng)無源逆變輸出電壓、頻率可調(diào)的交流電給電動機(jī)供電。一般而言，負(fù)載的能量可以分為動能和勢能兩種。動能（由負(fù)載的速度和重量確定其大小）隨著物體的運動而累積，當(dāng)動能減為零時，該物體就處在停止?fàn)顟B(tài)。圖2所示為電機(jī)傳動的四種運行方式，在很多工藝場合中所涉及到負(fù)載的共同特點，就是要求電機(jī)不僅運行于電動狀態(tài)（一、三象限），而且要運行于發(fā)電制動狀態(tài)（二、四象限）。

圖2 電機(jī)傳動的四種運行方式

對于變頻器，如果輸出頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低，這時會產(chǎn)生制動過程，由制動產(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，過高的泵升電壓有可能損壞開關(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。在用于提升類負(fù)載時，如負(fù)載下降，能量（勢能）也要返回到變頻器（或電源）側(cè)，這種操作方法被稱作“再生制動”。

如果在負(fù)載減速期間或者長期被倒拖時，由電機(jī)側(cè)流到變頻器直流母線側(cè)產(chǎn)生的功率如果不通過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)或者通過直流母線并聯(lián)的方式由其他電動狀態(tài)的電機(jī)消耗的方法叫做回饋制動。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，為了改善制動能力，不能單純期望靠增加變頻器的容量來解決問題，而必須采用處理再生能量的方法：電阻能耗制動和回饋制動。

（2）變頻器過壓故障的危害性

變頻器過壓主要是指其中間直流回路過壓，中間直流回路過壓主要危害在于：

a、引起電動機(jī)磁路飽和。對于電動機(jī)來說，電壓主過高必然使電機(jī)鐵芯磁通增加，可能導(dǎo)致磁路飽和，勵磁電流過大，從面引起電機(jī)溫升過高。

b、損害電動機(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大，對電機(jī)絕緣壽命有很大的影響。

b、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(jī)拖動大慣量負(fù)載（如離心機(jī)、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(jī)拖動位能負(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）過壓故障處理對策

對于過壓故障的處理，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，使其過壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)。

下面是主要的對策：

a、在電源輸入側(cè)增加吸收裝置，減少過壓因素

對于電源輸入側(cè)有沖擊過壓、雷電引起的過壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過壓可能發(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、多臺變頻器共用直流母線的方法

i、通過控制系統(tǒng)功能優(yōu)勢解決變頻器過壓問題

4 茶葉機(jī)變頻器過壓分析處理

由于變頻器能在復(fù)位后正常運行，所以應(yīng)重點檢查變頻器在運行中的電壓變化情況。測量變頻器EV1000-4T0022G的直流母線電壓UPN在恒速運行過程中電壓偶爾有上升現(xiàn)象，當(dāng)電壓達(dá)到760V時變頻器報E0006（恒速過壓故障），從此現(xiàn)象可以看出此臺八角炒干機(jī)在恒速運行過程中由于機(jī)械部分重心不穩(wěn)而出現(xiàn)再生回饋。

為進(jìn)一步證實變頻器本身不是E006故障的原因，將此臺報故障變頻器控制另外一臺運行良好的炒干機(jī)，結(jié)果此臺變頻器運行良好，由此更可看出此中故障和變頻器本身質(zhì)量無關(guān)，對于在恒速運行過程中出現(xiàn)有回饋現(xiàn)象應(yīng)采取能耗制動方式，只需在變頻器側(cè)加一個制動電阻即可（因為EV1000系列變頻器已經(jīng)內(nèi)置制動單元），制動電阻阻值大小根據(jù)經(jīng)驗值、查表或計算（如前節(jié)所述）獲得，現(xiàn)選擇200Ω/500W。

該茶葉廠用戶按圖3進(jìn)行接線。

圖3 帶制動電阻的八角炒干機(jī)變頻控制

變頻器上電后，重新修改以下參數(shù)：

（1）F2.13: 能耗制動選擇為“1”

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

（2）F2.14:制動使用率為10％

制動使用率根據(jù)實際情況選擇為10％。

參數(shù)修改后，帶載運行，變頻器工作良好，故障消除。

5 總結(jié)歸納

變頻器恒速運行中監(jiān)測直流母線電壓滿足下列條件時，即直流母線電壓≥過壓保護(hù)點（參數(shù)設(shè)定），變頻器進(jìn)行保護(hù)，并顯示E006故障代碼。對于該故障，可以按照表1進(jìn)行一步步排除問題。

表1 E006故障排除

對于艾默生變頻器，合理選擇制動電阻是系統(tǒng)配置的前提，表16.3所示為EV1000/TD1000系列內(nèi)置制動單元的制動電阻選配表。

表2 制動電阻選配清單

參考文獻(xiàn)：

[1] 李方園. 變頻器原理與維修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.