一般能引起中間直流回路過壓的原因主要來自以下兩個(gè)方面。
(1)來自輸入側(cè)的過壓
正常情況下的電源電壓為380V，允許誤差為-5%～+10%，經(jīng)三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591V，個(gè)別情況下電源線電壓達(dá)到450V，其峰值電壓也只有636V，并不算很高，一般電源電壓不會(huì)使因過壓跳閘。電源輸入側(cè)的過壓主要是指電源側(cè)的沖擊過壓，如雷電引起的過壓、補(bǔ)償在合閘或斷開時(shí)形成的過壓等，主要特點(diǎn)是電壓變化率du/dt和幅值都很大。
(2)來自負(fù)載側(cè)的過壓
主要是指由于某種原因使處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即電機(jī)處于實(shí)際轉(zhuǎn)速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)，負(fù)載的傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的6個(gè)續(xù)流回饋到變頻器的中間直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)，如果變頻器中沒采取消耗這些能量的措施，這些能量將會(huì)導(dǎo)致中間直流回路的的電壓上升，達(dá)到限值即行跳閘。
從變頻器負(fù)載側(cè)可能引起過壓的情況及主要原因如下。
1)變頻器減速時(shí)間參數(shù)設(shè)定相對(duì)較小及未使用變頻器減速過壓自處理功能。當(dāng)變頻器拖動(dòng)大慣性負(fù)載時(shí)，其減速時(shí)間設(shè)定得比較小，在減速過程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負(fù)載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器沒有能量處理單元或其作用有限，因而導(dǎo)致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護(hù)值，就會(huì)出現(xiàn)過壓跳閘故障。
大多數(shù)變頻器為了避免跳閘，專門設(shè)置了減速過壓的自處理功能，如果在減速過程中，直流電壓超過了設(shè)定的電壓上限值，變頻器的輸出頻率將不再下降，暫緩減速，待直流電壓下降到設(shè)定值以下后再繼續(xù)減速。如果減速時(shí)間設(shè)定不合適，又沒有利用減速過壓的自處理功能，就可能出現(xiàn)此類故障。
2)工藝要求在限定時(shí)間內(nèi)減速至規(guī)定頻率或停止運(yùn)行。工藝流程限定了負(fù)載的減速時(shí)間，合理設(shè)定相關(guān)參數(shù)也不能減緩這一故障，系統(tǒng)也沒有采取處理多余能量的措施，必然會(huì)引發(fā)過壓跳閘故障。
3)當(dāng)電動(dòng)機(jī)所傳動(dòng)的位能負(fù)載下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。位能負(fù)載下降過快，過多回饋能量超過中間直流回路及其能量處理單元的承受能力，過壓故障也會(huì)發(fā)生。
4)變頻器負(fù)載突降。變頻器負(fù)載突降會(huì)使負(fù)載的轉(zhuǎn)速明顯上升，使負(fù)載電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，從負(fù)載側(cè)向變頻器中間直流回路回饋能量，短時(shí)間內(nèi)能量的集中回饋，可能會(huì)超出中間直流回路及其能量處理單元的承受能力引發(fā)過壓故障。
5)多個(gè)電機(jī)拖動(dòng)同一個(gè)負(fù)載時(shí)，也可能出現(xiàn)這一故障，主要由于沒有負(fù)荷分配引起的。以兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一個(gè)負(fù)載為例，當(dāng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速大于另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，則轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于原動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速低的處于發(fā)電狀態(tài)，引起了過壓故障。處理時(shí)需加負(fù)荷分配控制。可以把變頻器輸出特性曲線調(diào)節(jié)得軟一些。
6)變頻器中間直流回路電容容量下降。變頻器在運(yùn)行多年后，中間直流回路電容容量下降將不可避免，中間直流回路對(duì)直流電壓的調(diào)節(jié)程度減弱，在工藝狀況和設(shè)定參數(shù)未曾改變的情況下，發(fā)生變頻器過壓跳閘概率會(huì)增大，這時(shí)需要對(duì)中間直流回路電容器容量下降情況進(jìn)行檢查。
變頻器過壓主要是指其中間直流回路過壓，中間直流回路過壓的主要危害在于以下幾點(diǎn)。
1)引起電動(dòng)機(jī)磁路飽和。對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說，電壓過高必然使電機(jī)鐵心磁通增加，可能導(dǎo)致磁路飽和，勵(lì)磁電流過大，從而引起電機(jī)溫升過高。
2)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大，對(duì)電機(jī)絕緣壽命有很大的影響。
3)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(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、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)械牽引機(jī)等）。
變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變 交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元、微處理單元等組成。它是一種控制交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制器，它把固定頻率的交流電源變成頻率電壓可調(diào)的交流電源，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
變頻調(diào)整系統(tǒng)的原理框圖
由處理器，按V/F恒定原則，產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，令I(lǐng)GBT8了逆變模塊逬行功率放大后輸出，電路中還有電流檢測(cè)等單元，組成保護(hù)。在開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)中，速度指令可通過電位器，模擬電壓等形式輸入給DSP；將速度指令轉(zhuǎn)換為頻率，幅值，可變的電機(jī)定子電壓與電流，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
1.頻率給定
在使用一臺(tái)變頻器的時(shí)候，目的是通過改變變頻器的輸出頻率。如何調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率呢？關(guān)鍵是向變頻器提供改變頻率的命令信號(hào)，這個(gè)信號(hào)，就稱為"頻率給定信號(hào)"。所謂頻率給定方式，就是調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的具體方法，變頻器常見的頻率給定方式主要有操作器鍵盤給定，接點(diǎn)信號(hào)給定，模擬信號(hào)給定，脈沖信號(hào)給定和通信方式給定等。這些頻率給定方式各有特點(diǎn)，必須按照實(shí)際的需要進(jìn)行選擇設(shè)置，同時(shí)也可以根據(jù)功能需要選擇不同頻率給定方式之間的疊加和切換。
2.V/F控制
在逬行電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，通常要考慮的一個(gè)重要因素是保持電動(dòng)機(jī)中每極磁通量為額定值如果磁通量太小，則電動(dòng)機(jī)的出力不夠；如果過分增大磁通量，又會(huì)使鐵心飽和，過大的勵(lì)磁電流會(huì)使繞組過熱，從而損壞電動(dòng)機(jī)。V/F控制是使變頻器的輸出在改變頻率的同時(shí)也改變電壓，通常是使V/F為常數(shù)，這樣可使電動(dòng)機(jī)磁通保持一定，在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，功率，功率因數(shù)不下降。
3.PWM調(diào)制
變頻器的調(diào)制方式為PWM。
PWM調(diào)制是保持整流得到的直流，電壓幅值不變的條件下，以一定的規(guī)律，在改變輸出頻率的同時(shí)，通過改變輸出脈沖的寬度，來達(dá)到改變等效輸出電壓的一種方式。PWM是一種調(diào)制方式來控制逆變模塊的通斷。
4.功率放大
目前功率放大的開關(guān)器件主要采用大功率晶體管IGBT，功率器件從整體上可以分為不可控器件，半可控器件和全可控器件。不可控器件導(dǎo)通和關(guān)斷無法通過控制信號(hào)進(jìn)行控制，完全由其在電路中所承受的電流，電壓情況決定，屬于自然導(dǎo)通和自然關(guān)斷，包括功率二極管；半可控器件指能用控制信號(hào)控制導(dǎo)通J旦不能控制關(guān)斷，關(guān)斷只能由其在主電路中承受的電壓，電流情況決定，屬于自然關(guān)斷，包括晶閘管和由其派生出來的可控雙向晶閘管。全可控器件指能使用控制信號(hào)控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的器件，包括功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，可關(guān)斷晶閘管，絕緣柵雙極三極管，靜電感應(yīng)晶體管。靜電感應(yīng)晶閘管等等。
全可控器件從控制形式上還可以分為電流控制型和電壓控制型兩大類。屬于電流控制型的有GTR(功率三極管），SCR(可控晶閘管），TRIAC(可控雙向晶閘管），GTO(可關(guān)斷晶體管）等；屬于電壓控制型的有功率MOSFET，IGBT，MCT和SIT。
5.電流檢測(cè)
變頻器電流信號(hào)可以用于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和電流控制，以及過流保護(hù)。其檢測(cè)方法主要有直接串聯(lián)取樣電阻法霍爾傳感器法。直接串聯(lián)取樣電阻法，簡(jiǎn)單可靠不失真速度快，但是有損耗，不隔離，只適用于小電流且不需要隔離的情況，多用于小容量變頻器中?；魻杺鞲衅鞣ň哂芯雀?，線性好，頻帶款，相應(yīng)快，過載能力強(qiáng)和不損失測(cè)量電路能量等優(yōu)點(diǎn)。
1)工作溫度。
內(nèi)部是大功率的元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為0～55℃，但為了保證工作安全、可靠，使用時(shí)應(yīng)考慮留有余地，可以控制在40℃以下。在控制箱中，變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部，并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，絕對(duì)不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。
2)環(huán)境溫度。
溫度太高且溫度變化較大時(shí)，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會(huì)大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時(shí)，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。
3)腐蝕性氣體。
使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會(huì)腐蝕的引線、印刷電路板等，而且還會(huì)加速塑料器件的老化，降低絕緣性能，在這種情況下，應(yīng)把控制箱制成封閉式結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行換氣。
4)振動(dòng)和沖擊。
裝有變頻器的控制柜受到機(jī)械振動(dòng)和沖擊時(shí)，會(huì)引起接觸不良。這時(shí)除了提高控制柜的機(jī)械強(qiáng)度、遠(yuǎn)離振動(dòng)源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動(dòng)的元器件。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢查和維護(hù)。
5)防止電磁波干擾。
變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對(duì)儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾，往往會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。
6)防止輸入端過電壓。
變頻器輸入端往往有過電壓保護(hù)，但是，如果輸入端高電壓作用時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)使變頻器輸入端損壞。因此，在實(shí)際運(yùn)用中，要核實(shí)變頻器的輸入電壓、單相還是三相和變頻器使用額定電壓。特別是電源電壓極不穩(wěn)定時(shí)要有穩(wěn)壓設(shè)備，否則會(huì)造成嚴(yán)重后果。
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