茶葉機變頻器過壓的處理

1 前言

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

2 茶葉機變頻器過壓的故障現象

某茶葉廠用戶在使用茶葉機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（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E006故障。

圖1 6CBC型八角炒干機

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是變頻器中間直流電壓達到危險程度后采取的保護措施，這是電壓型交-直-交變頻器設計上的一大缺陷，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，從變頻器的基本結構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，再經電解電容濾波穩壓，最后經無源逆變輸出電壓、頻率可調的交流電給電動機供電。一般而言，負載的能量可以分為動能和勢能兩種。動能（由負載的速度和重量確定其大小）隨著物體的運動而累積，當動能減為零時，該物體就處在停止狀態。圖2所示為電機傳動的四種運行方式，在很多工藝場合中所涉及到負載的共同特點，就是要求電機不僅運行于電動狀態（一、三象限），而且要運行于發電制動狀態（二、四象限）。

圖2 電機傳動的四種運行方式

對于變頻器，如果輸出頻率降低，電機轉速將跟隨頻率同樣降低，這時會產生制動過程，由制動產生的功率將返回到變頻器側，由于二極管不控整流器能量傳輸不可逆，產生的再生電能傳輸到直流側濾波電容上，產生泵升電壓；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器件、電解電容，甚至會破壞電機的絕緣，從而威脅系統安全工作，這就限制了通用變頻器的應用范圍。因此，必須將這些功率消耗掉，如可以用電阻發熱消耗。在用于提升類負載時，如負載下降，能量（勢能）也要返回到變頻器（或電源）側，這種操作方法被稱作“再生制動”。

如果在負載減速期間或者長期被倒拖時，由電機側流到變頻器直流母線側產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或者通過直流母線并聯的方式由其他電動狀態的電機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、引起電動機磁路飽和。對于電動機來說，電壓主過高必然使電機鐵芯磁通增加，可能導致磁路飽和，勵磁電流過大，從面引起電機溫升過高。

b、損害電動機絕緣。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。

正是基于過壓的嚴重危害性，在以下變頻器應用場合，用戶必須考慮配套使用制動方式：電機拖動大慣量負載（如離心機、龍門刨、巷道車、行車的大小車等）并要求急劇減速或停車；電機拖動位能負載（如電梯，起重機，礦井提升機等）；電機經常處于被拖動狀態（如離心機副機、造紙機導紙輥電機、化纖機械牽伸機等）。

（3）過壓故障處理對策

對于過壓故障的處理，關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。

下面是主要的對策：

a、在電源輸入側增加吸收裝置，減少過壓因素

對于電源輸入側有沖擊過壓、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生的情況下，可以采用在輸入側并聯浪涌吸收裝置或串聯電抗器等方法加以解決。

b、從變頻器已設定的參數中尋找解決辦法

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、在輸入側增加逆變電路的方法

f、采用在中間直流回路上增加適當電容的方法

g、在條件允許的情況下適當降低工頻電源電壓

h、多臺變頻器共用直流母線的方法

i、通過控制系統功能優勢解決變頻器過壓問題

4 茶葉機變頻器過壓分析處理

由于變頻器能在復位后正常運行，所以應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象，當電壓達到760V時變頻器報E0006（恒速過壓故障），從此現象可以看出此臺八角炒干機在恒速運行過程中由于機械部分重心不穩而出現再生回饋。

為進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，結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量無關，對于在恒速運行過程中出現有回饋現象應采取能耗制動方式，只需在變頻器側加一個制動電阻即可（因為EV1000系列變頻器已經內置制動單元），制動電阻阻值大小根據經驗值、查表或計算（如前節所述）獲得，現選擇200Ω/500W。

該茶葉廠用戶按圖3進行接線。

圖3 帶制動電阻的八角炒干機變頻控制

變頻器上電后，重新修改以下參數：

（1）F2.13: 能耗制動選擇為“1”

該參數根據實際情況進行設定，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％

制動使用率根據實際情況選擇為10％。

參數修改后，帶載運行，變頻器工作良好，故障消除。

5 總結歸納

變頻器恒速運行中監測直流母線電壓滿足下列條件時，即直流母線電壓≥過壓保護點（參數設定），變頻器進行保護，并顯示E006故障代碼。對于該故障，可以按照表1進行一步步排除問題。

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配置的前提，表16.3所示為EV1000/TD1000系列內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：

[1] 李方園. 變頻器原理與維修[M].北京：機械工業出版社，2010.