摘  要   變頻器過(guò)壓故障保護(hù)是變頻器中間直流電壓達(dá)到危險(xiǎn)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(jì)上的一大缺陷，在變頻器實(shí)際運(yùn)行中引起此故障的原因較多，在茶葉機(jī)變頻器過(guò)壓案例中，通過(guò)分析過(guò)壓產(chǎn)生的兩個(gè)原因，在此基礎(chǔ)上分析清楚故障原因后進(jìn)行相應(yīng)處理。

關(guān)鍵詞    變頻器；過(guò)壓故障；茶葉機(jī)

1  前言

      變頻器過(guò)壓故障保護(hù)是變頻器中間直流電壓達(dá)到危險(xiǎn)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(jì)上的一大缺陷，在變頻器實(shí)際運(yùn)行中引起此故障的原因較多，在茶葉機(jī)變頻器過(guò)壓案例中，通過(guò)分析過(guò)壓產(chǎn)生的兩個(gè)原因，在此基礎(chǔ)上分析清楚故障原因，并有針對(duì)性的采取相應(yīng)的幾個(gè)措施去處理。

2   茶葉機(jī)變頻器過(guò)壓的故障現(xiàn)象

      某茶葉廠用戶在使用茶葉機(jī)械時(shí)使用兩臺(tái)艾默生變頻器EV1000-4T0022G（2.2KW）變頻器，控制兩臺(tái)6CBC型八角炒干機(jī)（如圖1所示），其中一臺(tái)變頻器一直運(yùn)行良好，一臺(tái)變頻器運(yùn)行兩星期后開(kāi)始偶爾出現(xiàn)E006恒速過(guò)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(huì)出現(xiàn)E006故障。

圖1  6CBC型八角炒干機(jī)

3   變頻器過(guò)壓的提出、原因與對(duì)策

（1）過(guò)壓?jiǎn)栴}的提出

      變頻器過(guò)壓故障保護(hù)是變頻器中間直流電壓達(dá)到危險(xiǎn)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(jì)上的一大缺陷，在變頻器實(shí)際運(yùn)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(shí)要分析清楚故障原因，有針對(duì)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(guò)二極管不控整流橋得到脈動(dòng)直流電，再經(jīng)電解電容濾波穩(wěn)壓，最后經(jīng)無(wú)源逆變輸出電壓、頻率可調(diào)的交流電給電動(dòng)機(jī)供電。一般而言，負(fù)載的能量可以分為動(dòng)能和勢(shì)能兩種。動(dòng)能（由負(fù)載的速度和重量確定其大?。╇S著物體的運(yùn)動(dòng)而累積，當(dāng)動(dòng)能減為零時(shí)，該物體就處在停止?fàn)顟B(tài)。圖2所示為電機(jī)傳動(dòng)的四種運(yùn)行方式，在很多工藝場(chǎng)合中所涉及到負(fù)載的共同特點(diǎn)，就是要求電機(jī)不僅運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)（一、三象限），而且要運(yùn)行于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)（二、四象限）。

圖2 電機(jī)傳動(dòng)的四種運(yùn)行方式

      對(duì)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(shí)會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)過(guò)程，由制動(dòng)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(guò)高的泵升電壓有可能損壞開(kāi)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(shí)，如負(fù)載下降，能量（勢(shì)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(dòng)”。

      如果在負(fù)載減速期間或者長(zhǎng)期被倒拖時(shí)，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(guò)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(guò)直流母線并聯(lián)的方式由其他電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)消耗的方法叫做回饋制動(dòng)。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(dòng)能力，不能單純期望靠增加變頻器的容量來(lái)解決問(wèn)題，而必須采用處理再生能量的方法：電阻能耗制動(dòng)和回饋制動(dòng)。

（2）變頻器過(guò)壓故障的危害性

      變頻器過(guò)壓主要是指其中間直流回路過(guò)壓，中間直流回路過(guò)壓主要危害在于：

a、引起電動(dòng)機(jī)磁路飽和。對(duì)于電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，電壓主過(guò)高必然使電機(jī)鐵芯磁通增加，可能導(dǎo)致磁路飽和，勵(lì)磁電流過(guò)大，從面引起電機(jī)溫升過(guò)高。

b、損害電動(dòng)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(guò)大，對(duì)電機(jī)絕緣壽命有很大的影響。

b、對(duì)中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過(guò)壓值限定在DC800V左右，一旦其電壓超過(guò)限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護(hù)。

      正是基于過(guò)壓的嚴(yán)重危害性，在以下變頻器應(yīng)用場(chǎng)合，用戶必須考慮配套使用制動(dòng)方式：電機(jī)拖動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(guò)壓故障處理對(duì)策

      對(duì)于過(guò)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(shí)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(guò)壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)。

下面是主要的對(duì)策：

a、在電源輸入側(cè)增加吸收裝置，減少過(guò)壓因素

對(duì)于電源輸入側(cè)有沖擊過(guò)壓、雷電引起的過(guò)壓、補(bǔ)償電容在合閘或斷開(kāi)時(shí)形成的過(guò)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(dòng)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(tái)變頻器共用直流母線的方法

i、通過(guò)控制系統(tǒng)功能優(yōu)勢(shì)解決變頻器過(guò)壓?jiǎn)栴}

4   茶葉機(jī)變頻器過(guò)壓分析處理

      由于變頻器能在復(fù)位后正常運(yùn)行，所以應(yīng)重點(diǎn)檢查變頻器在運(yùn)行中的電壓變化情況。測(cè)量變頻器EV1000-4T0022G的直流母線電壓U_PN在恒速運(yùn)行過(guò)程中電壓偶爾有上升現(xiàn)象，當(dāng)電壓達(dá)到760V時(shí)變頻器報(bào)E0006（恒速過(guò)壓故障），從此現(xiàn)象可以看出此臺(tái)八角炒干機(jī)在恒速運(yùn)行過(guò)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(shí)變頻器本身不是E006故障的原因，將此臺(tái)報(bào)故障變頻器控制另外一臺(tái)運(yùn)行良好的炒干機(jī)，結(jié)果此臺(tái)變頻器運(yùn)行良好，由此更可看出此中故障和變頻器本身質(zhì)量無(wú)關(guān)，對(duì)于在恒速運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)有回饋現(xiàn)象應(yīng)采取能耗制動(dòng)方式，只需在變頻器側(cè)加一個(gè)制動(dòng)電阻即可（因?yàn)镋V1000系列變頻器已經(jīng)內(nèi)置制動(dòng)單元），制動(dòng)電阻阻值大小根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值、查表或計(jì)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(dòng)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(dòng)選擇為“1”

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

（2）F2.14:制動(dòng)使用率為10％

    制動(dòng)使用率根據(jù)實(shí)際情況選擇為10％。

參數(shù)修改后，帶載運(yùn)行，變頻器工作良好，故障消除。

5   總結(jié)歸納

      變頻器恒速運(yùn)行中監(jiān)測(cè)直流母線電壓滿足下列條件時(shí)，即直流母線電壓≥過(guò)壓保護(hù)點(diǎn)（參數(shù)設(shè)定），變頻器進(jìn)行保護(hù)，并顯示E006故障代碼。對(duì)于該故障，可以按照表1進(jìn)行一步步排除問(wèn)題。

表1  E006故障排除

      對(duì)于艾默生變頻器，合理選擇制動(dòng)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(dòng)單元的制動(dòng)電阻選配表。

表2 制動(dòng)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.

英文：

The trouble-shooting for the overvoltage in AC inverter of Tea Machine             

LI Fang-yuan

（Zhejiang Business Technology Institute，Ningbo 315012，China）

Abstract：AC Inverter overvoltage fault protection is taken after when the inverter DC voltage reaches a dangerous level. It is a major flaw for voltage source AC - DC - AC inverter design. There are many reasons for this failure in the actual operation of the inverter. In the case of the inverter overvoltage for the tea machine,by analyzing two reasons, the cause of the malfunction is found and the measure is taken.

Key words：AC inverter；Ovevoltage Fault；Tea machine