電壓波動對變頻器影響的解決措施

楊樂　韓博

摘要：電源系統(tǒng)的動作有很多沖擊負(fù)荷和間歇負(fù)荷。另外，電源系統(tǒng)中各種短路故障的發(fā)生可以容易地導(dǎo)致網(wǎng)格電壓的短期且快速的變化。該電壓變動對使用矢量閉環(huán)控制的頻率變換器產(chǎn)生很大的影響，并且也影響生產(chǎn)。結(jié)合實(shí)際情況，我們解釋了電壓波動對頻率變換器的影響，并提出了過電壓和過電壓的解。

關(guān)鍵詞：電壓波動;變頻器;措施

一、電壓波動對變頻器的影響

電壓波動是指一系列變化或RMS電壓的連續(xù)變化。主要是由伴隨沖擊負(fù)荷的馬達(dá)的啟動和運(yùn)行引起的。

1.過電壓對變頻器的影響

一般的逆變器電路的基本構(gòu)成是整流電路和逆變器電路，整流電路是電源頻率交流整流器。逆變器電路利用可調(diào)頻率和電壓將交流電反轉(zhuǎn)到直流。頻率轉(zhuǎn)換速度調(diào)整設(shè)備通常采用AC-AC-AC電壓模式。逆變器過電壓一般指的是中間DC電路過電壓，其危害主要包括以下三點(diǎn)：首先，柵極電壓的上升增加了電機(jī)電路的磁通量，這容易引起磁電路的飽和，增加了勵磁電流，引起過多的溫度上升;其次，柵極電壓的上升使中間DC電路電壓上升。而且，逆變器的輸出電壓脈沖振幅過大，對電機(jī)的絕緣壽命有很大影響。那個對中間的DC電路的過濾器·電容壽命帶來大的影響，連電容器也使之破裂。

2.欠電壓對變頻器的影響

頻率轉(zhuǎn)換器包括許多功率器件，例如GTO，IGBT，IGCT。這些功率裝置通常具有特定過載容量。如果網(wǎng)格過電壓的幅度小且持續(xù)時(shí)間短，則對功率裝置的正常動作幾乎不產(chǎn)生影響。如果網(wǎng)格電壓下降過大且持續(xù)時(shí)長，逆變器的開關(guān)電源將不開始振蕩，控制電源的輸出將停止，或電力將下降。容易引起逆變器控制系統(tǒng)故障，無法切斷電源裝置，對逆變器造成損傷。

二、解決變頻器抗電壓波動能力的措施

1.過電壓故障解決措施

為了解決網(wǎng)格過電壓對頻率變換器的影響，在頻率變換器的中間DC電路中有效且及時(shí)地處理過多的能量，需要同時(shí)防止或減少向頻率變換器的中間DC電路的過多的能量供給，由電力網(wǎng)生成的過電壓在某個容許值內(nèi)。

（1）作為吸收裝置，設(shè)置了浪涌吸收裝置和系列反應(yīng)堆。脈沖過電壓、雷電感應(yīng)過電壓及補(bǔ)償電容器是反相器輸入端過電壓的主要原因。由于這種隱患，浪涌吸收裝置或串聯(lián)反應(yīng)器可以安裝在頻率轉(zhuǎn)換器上以防止。浪涌吸收裝置是在逆變器與電動機(jī)的U、V、W相的電力線與這些電力線之間連接半導(dǎo)體浪涌吸收元件。當(dāng)兩個端子之間的電壓達(dá)到預(yù)定值或更高時(shí)，這些半導(dǎo)體浪涌吸收器具有電流流和電壓鉗位的特性。串聯(lián)電抗器可以減少電容器組的突入電流倍數(shù)和突入頻率，改善短路阻抗，減少短路電容，減少短路電流，降低動作電容器組引起的過電壓振幅，避免電網(wǎng)的過電壓保護(hù)開始。

（2）調(diào)整頻率轉(zhuǎn)換器的設(shè)置參數(shù)。另外，在過程流中負(fù)荷減速時(shí)間沒有限制的情況下，在設(shè)定頻率變換器的減速時(shí)間參數(shù)的情況下，設(shè)定為中間電路不產(chǎn)生過電壓的狀態(tài)。為了避免負(fù)載的動能釋放得太快，特別是對于具有由頻率轉(zhuǎn)換器控制的大負(fù)載慣性的設(shè)備來說，不會太短。為了防止頻率變換器在過電流觸發(fā)的限制時(shí)間內(nèi)，需要設(shè)定反相器失速的自我調(diào)整功能，設(shè)定頻率變換器的頻率數(shù)值，或使頻率減速來降低控制裝置的速度。

（3）加大放電電阻。放電電阻是在能量存儲元件的兩端并聯(lián)的電阻器，提供能量存儲元件的能量消耗路徑，使電路安全。這種電阻被稱為放電電阻。二極管（例如具有并聯(lián)電感器（繼電器包）的二極管）。目前，低功率頻率轉(zhuǎn)換器一般在制造中的內(nèi)部中間DC電路中使用控制裝置和放電電阻來設(shè)計(jì)，但是高功率逆變器向中間DC電路提供用于釋放過剩能量井的信道。因此，為了防止過電壓，需要根據(jù)過程要求增大放電電阻。

（4）反相器電路添加。反相器電路的基本功能是將來自中間DC電路的DC功率輸出在控制電路的控制下以任意可調(diào)整的頻率和電壓轉(zhuǎn)換為AC電源。通過在逆變器的輸入側(cè)追加逆變器電路，可以將逆變器的直流電路的剩余能量反饋到網(wǎng)格。但是，成本高，技術(shù)要求復(fù)雜。

（5）對中間DC電路施加適當(dāng)?shù)碾娙?。根?jù)頻率轉(zhuǎn)換器的電容及中間DC電路的電流及電壓估計(jì)，能夠?qū)⑦m當(dāng)?shù)碾娙菔┘拥街虚gDC電路，這能夠使電路電壓穩(wěn)定化，提高承受過電壓的電路的能力。在設(shè)計(jì)階段，可以選擇更大容量的頻率轉(zhuǎn)換器來有效地防止過電壓的影響。

（6）降低功率頻率電源電壓?，F(xiàn)在，一般使用的頻率轉(zhuǎn)換器的電源側(cè)是能夠控制的整流橋，其特征是高電源電壓，產(chǎn)生中間直流電路的電壓也增加。例如，當(dāng)電源電壓為380V時(shí)，頻率轉(zhuǎn)換器的直流電路電壓為537V。在轉(zhuǎn)換器的位置接近變壓器的情況下，輸入電壓通常為400V以上，成為中間DC電路的過大電壓。因此，如果條件成立，則可以使用變壓器的抽頭機(jī)通過低電壓齒輪的配置來降低電源電壓，從而提高頻率轉(zhuǎn)換器的過電壓能力。

2.欠電壓故障解決措施

（1）安裝電源用UPS（無停電電源裝置）。當(dāng)正常交流電源被切斷時(shí)，來自電池的DC輸出被轉(zhuǎn)換成連續(xù)的AC電源裝置。逆變器搭載了ups電源后，為了防止逆變器過電壓的觸發(fā)，可以充分利用“電壓損失”和零開關(guān)時(shí)間功能。換言之，一旦電源失去電壓并立即斷開，UPS就立即通過逆變器轉(zhuǎn)換向頻率轉(zhuǎn)換器供電，以維持頻率轉(zhuǎn)換器的正常操作。保護(hù)頻率轉(zhuǎn)換器的軟件和硬件免受損傷，確保逆變器控制器的穩(wěn)定工作。

（2）請減少低電壓保護(hù)值，擴(kuò)大控制器的加速時(shí)間。現(xiàn)在，當(dāng)許多頻率轉(zhuǎn)換器的電源降低到其額定值的約90%時(shí)，頻率轉(zhuǎn)換器可以跳躍和停止。因此，為了提高頻率變換器的耐電壓功能，能夠根據(jù)指令適當(dāng)?shù)卣{(diào)整頻率變換器的低電壓保護(hù)值。同時(shí)，由于由頻率轉(zhuǎn)換器控制的電氣設(shè)備的加速時(shí)間短、加速度非常高，所以電源電壓被快速下拉，從而根據(jù)制造過程要求產(chǎn)生逆變器的電壓。可以適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)展由頻率轉(zhuǎn)換器控制的設(shè)備的加速時(shí)間，并且可以降低功率網(wǎng)格電壓下降對頻率轉(zhuǎn)換器的影響。使用PID技術(shù)控制器時(shí)，請減少系統(tǒng)的響應(yīng)，減少P和I，延長濾波時(shí)間。

總結(jié)：

換言之，頻率轉(zhuǎn)換器在調(diào)試和使用過程中發(fā)生各種故障，其中網(wǎng)格電壓波動影響最大。因此，在設(shè)置頻率轉(zhuǎn)換器的情況下，必須根據(jù)技術(shù)過程的性質(zhì)、頻率轉(zhuǎn)換器本身的參數(shù)、防止過電壓或過電壓的危害的控制系統(tǒng)的狀態(tài)采取相應(yīng)的措施。為了防止電壓變動頻率變換，變頻器內(nèi)部電路破損，保證逆變器安全穩(wěn)定的動作。

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