一、過電壓是蕞常見的現象。產生過電壓后,為了防止變頻器內部電路損壞,其過電壓保護功能將停止變頻器的運行,導致設備無法正常工作。因此,必須采取措施消除過電壓,防止故障。由于變頻器和電動機的應用場合不同,產生過電壓的原因也不同,因此應根據具體情況采取相應的對策。
二、過電壓產生和再生制動所謂逆變器過電壓是指逆變器電壓由于各種原因超過額定電壓,主要反映在逆變器直流母線的直流電壓上。正常運行時,變頻器直流電壓為三相全波整流后的平均值。
如果用380V線電壓計算,平均直流電壓UD=1.35u線=513v。如果出現過電壓,直流母線上的儲能電容器將被充電。當電壓升至約700V(取決于型號)時,逆變器過壓保護動作。產生過電壓的主要原因有兩種:電源過電壓和再生過電壓。
電源過電壓是指由于電源電壓過高而導致直流母線電壓超過額定值。目前,大多數變頻器的蕞大輸入電壓可達460V。因此,由電源引起的過電壓非常罕見。本文討論的主要問題是再生過電壓。再生過電壓主要由以下原因引起:當大gD2(飛輪扭矩)負載減速時,變頻器的減速時間設置太短;電機在外力(風機、曳引機)或勢能負載(電梯、起重機)的影響下下降。由于這些原因,電機的實際轉速高于變頻器的指令轉速,即電機的轉子轉速超過同步轉速。此時,電機的滑移率為負,轉子繞組切斷旋轉磁場的方向與電機狀態相反,產生的電磁轉矩是阻礙旋轉方向的制動轉矩。因此,電機實際上處于發電狀態,負載的動能被“再生”為電能。直流儲能電容器通過逆變器上升以再生電壓,即直流儲能電容器。由于再生過電壓過程中產生的轉矩與原始轉矩相反,是制動轉矩,因此再生過電壓過程也是再生制動過程。換句話說,再生能量被消除,從而提高了制動扭矩。如果再生能量很小,因為變頻器和電機有20%的再生制動能力,這部分電能將被變頻器和電機消耗。如果這部分能量超過變頻器和電機的消耗能力,直流電路的電容將被過度充電,變頻器的過壓保護功能將停止運行。為了避免這種情況,必須及時處理這部分能量,同時提高制動力矩,這就是再生制動的目的。三、過電壓的預防措施:由于過電壓的原因不同,采取的對策也不同。如果對停止時間或位置沒有特殊要求,可以通過延長變頻器的減速時間或自由停止來解決停止過程中產生的過電壓現象。所謂自由停止是指變頻器斷開主開關設備,允許電機自由滑動和停止。如果對停車時間或停車位置有一定要求,可采用直流制動(DC制動)功能。直流制動功能是將電機減速至一定頻率,然后向電機定子繞組施加直流電源,形成靜態磁場。電機的轉子繞組切斷磁場,產生制動力矩,將負載的動能轉化為電能,并以熱量的形式在電機的轉子回路中消耗。因此,這種制動也稱為能耗制動。直流制動過程實際上包括兩個過程:再生制動和能耗制動。這種制動方式的效率僅為再生制動的30-60%,制動力矩小。由于電機消耗的能量會使電機過熱,制動時間不應過長。此外,直流制動的啟動頻率、制動時間和制動電壓是手動設定的,不能根據再生電壓水平自動調整。因此,直流制動不能用于正常運行時產生的過電壓,只能用于停車時的制動。對于減速過程中(從高速到低速不停車)因過載gD2(飛輪扭矩)引起的過電壓,可采用適當延長減速時間的方法。實際上,這種方法也使用了再生制動的原理。延長減速時間只是為了控制負載再生電壓對變頻器的充電速度,以便合理利用變頻器本身20%的再生制動能力。對于由于外力作用(包括勢能降低)而使電機處于再生狀態的負載,由于它們通常在制動狀態下運行,再生能量太高,變頻器本身無法消耗,因此,不可能采用直流制動或延長減速時間的方法。與直流制動相比,再生制動具有更高的制動力矩,制動力矩可由變頻器的制動單元根據負載所需的制動力矩(即再生能量水平)自動控制。因此,再生制動蕞適合在正常運行期間向負載提供制動扭矩。
四、再生制動的方法:
1 、能耗型:這種方法是在變頻器的直流電路中并聯一個制動電阻,通過檢測直流母線電壓來控制功率管的通斷。當直流母線電壓升至700V左右時,打開功率管,將再生能量接入電阻,以熱能的形式消耗,防止直流電壓升高。由于再生能源不能利用,屬于耗能型。它也是能源消耗型。它與直流制動的區別在于,它消耗電機外部制動電阻的能量。電機不會過熱,因此可以更頻繁地工作。
2、并聯直流母線吸收式:適用于多電機驅動系統(如牽伸機)。在該系統中,每個電機都需要一個變頻器,多個變頻器共用一個網側變頻器,所有變頻器部件并聯到一個公共直流母線上。在該系統中,一個或多個電機通常在制動狀態下正常工作。處于制動狀態的電機由其他電機拖動產生再生能量,再生能量通過并聯直流母線被處于電氣狀態的電機吸收。如果不能完全吸收,將通過普通制動電阻消耗。這里的部分可再生能源被吸收和利用,但不會反饋給電網。
3、能量反饋型:能量反饋型變頻器的網側變頻器是可逆的。當產生再生能量時,可逆變流器將再生能量反饋給電網,以充分利用再生能量。然而,這種方法對電源的穩定性要求很高。一旦突然斷電,就會發生逆變器顛覆。
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