一、防爆變頻柜在調試與使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì )遇到各種各樣的問(wèn)題，其中過(guò)電壓現象為常見(jiàn)。過(guò)電壓產(chǎn)生后，防爆變頻柜為了防止內部電路損壞，其過(guò)電壓保護功能將動(dòng)作，使防爆變頻柜停止運行，導致設備無(wú)法正常工作。因此必須采取措施消除過(guò)電壓，防止故障的發(fā)生。由于防爆變頻柜與電機的應用場(chǎng)合不同，產(chǎn)生過(guò)電壓的原因也不相同，所以應根據具體情況采取相應的對策。
二、過(guò)電壓的產(chǎn)生與再生制動(dòng)所謂防爆變頻柜的過(guò)電壓，是指由于種種原因造成的防爆變頻柜電壓超過(guò)額定電壓，集中表現在變頻器直流母線(xiàn)的直流電壓上。正常工作時(shí)，防爆變頻柜直流部電壓為三相全波整流后的平均值。若以380V線(xiàn)電壓計算，則平均直流電壓Ud=1.35U線(xiàn)=513V。在過(guò)電壓發(fā)生時(shí)，直流母線(xiàn)上的儲能電容將被充電，當電壓上升至700V左右時(shí)，（因機型而異）防爆變頻柜過(guò)電壓保護動(dòng)作。造成過(guò)電壓的原因主要有兩種：電源過(guò)電壓和再生過(guò)電壓。電源過(guò)電壓是指因電源電壓過(guò)高而使直流母線(xiàn)電壓超過(guò)額定值。而現在大部分防爆變頻柜的輸入電壓 高可達460V，因此，電源引起的過(guò)電壓極為少見(jiàn)，我們主要討論的問(wèn)題是再生過(guò)電壓。產(chǎn)生再生過(guò)電壓主要有以下原因：當大GD2（飛輪力矩）負載減速時(shí)防爆變頻柜減速時(shí)間設定過(guò)短；電機受外力影響（風(fēng)機、牽伸機）或位能負載（電梯、起重機）下放。由于這些原因，使電機實(shí)際轉速高于防爆變頻柜的指令轉速，也就是說(shuō)，電機轉子轉速超過(guò)了同步轉速，這時(shí)電機的轉差率為負，轉子繞組切割旋轉磁場(chǎng)的方向與電動(dòng)機狀態(tài)時(shí)相反，其產(chǎn)生的電磁轉矩為阻礙旋轉方向的制動(dòng)轉矩。所以電動(dòng)機實(shí)際上處于發(fā)電狀態(tài)，負載的動(dòng)能被
再生成為電能。再生能量經(jīng)逆變部續流二極管對防爆變頻柜直流儲能電容器充電，使直流母線(xiàn)電壓上升，這就是再生過(guò)電壓。因再生過(guò)電壓的過(guò)程中產(chǎn)生的轉矩與原轉矩相反，為制動(dòng)轉矩，因此再生過(guò)電壓的過(guò)程也就是再生制動(dòng)的過(guò)程。換句話(huà)說(shuō)，消除了再生能量，也就提高了制動(dòng)轉矩。如果再生能量不大，因防爆變頻柜與電機本身具有20%的再生制動(dòng)能力，這部分電能將被防爆變頻柜及電機消耗掉。若這部分能量超過(guò)了防爆變頻柜與電機的消耗能力，直流回路的電容將被過(guò)充電，防爆變頻柜的過(guò)電壓保護功能動(dòng)作，使運行停止。為避免這種情況的發(fā)生，必須將這部分能量及時(shí)的處理掉，同時(shí)也提高了制動(dòng)轉矩，這就是再生制動(dòng)的目的。
三、過(guò)電壓的防止措施：由于過(guò)電壓產(chǎn)生的原因不同，因而采取的對策也不相同。對于在停車(chē)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓現象，如果對停車(chē)時(shí)間或位置無(wú)特殊要求，那么可以采用延長(cháng)防爆變頻柜減速時(shí)間或自由停車(chē)的方法來(lái)解決。所謂自由停車(chē)即變頻器將主開(kāi)關(guān)器件斷開(kāi)，讓電機自由滑行停止。如果對停車(chē)時(shí)間或停車(chē)位置有一定的要求，那么可以采用直流制動(dòng)（DC制動(dòng)）功能。直流制動(dòng)功能是將電機減速到一定頻率后，在電機定子繞組中通入直流電，形成一個(gè)靜止的磁場(chǎng)。電機轉子繞組切割這個(gè)磁場(chǎng)而產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)轉矩，使負載的動(dòng)能變成電能以熱量的形式消耗于電機轉子回路中，因此這種制動(dòng)又稱(chēng)作能耗制動(dòng)。在直流制動(dòng)的過(guò)程中實(shí)際上包含了再生制動(dòng)與能耗制動(dòng)兩個(gè)過(guò)程。這種制動(dòng)方法效率僅為再生制動(dòng)的30-60％，制動(dòng)轉矩較小。由于將能量消耗于電機中會(huì )使電機過(guò)熱，所以制動(dòng)時(shí)間不宜過(guò)長(cháng)。而且直流制動(dòng)開(kāi)始頻率，制動(dòng)時(shí)間及制動(dòng)電壓的大小均為人工設定，不能根據再生電壓的高低自動(dòng)調節，因而直流制動(dòng)不能用于正常運行中產(chǎn)生的過(guò)電壓，只能用于停車(chē)時(shí)的制動(dòng)。對于減速（從高速轉為低速，但不停車(chē)）時(shí)因負載的GD2（飛輪轉矩）過(guò)大而產(chǎn)生的過(guò)電壓，可以采取適當延長(cháng)減速時(shí)間的方法來(lái)解決。其實(shí)這種方法也是利用再生制動(dòng)原理，延長(cháng)減速時(shí)間只是控制負載的再生電壓對防爆變頻柜的充電速度，使防爆變頻柜本身的20%的再生制動(dòng)能力得到合理利用而已。至于那些由于外力的作用（包括位能下放）而使電機處于再生狀態(tài)的負載，因其正常運行于制動(dòng)狀態(tài)，再生能量過(guò)高無(wú)法由防爆變頻柜本身消耗掉，因此不可能采用直流制動(dòng)或延長(cháng)減速時(shí)間的方法。再生制動(dòng)與直流制動(dòng)相比，具有較高的制動(dòng)轉矩，而且制動(dòng)轉矩的大小可以跟據負載所需的制動(dòng)力矩（即再生能量的高低）由防爆變頻柜的制動(dòng)單元自動(dòng)控制。因此再生制動(dòng)適用于在正常工作過(guò)程中為負載提供制動(dòng)轉矩。
四、再生制動(dòng)的方法：
1． 能量消耗型：這種方法是在防爆變頻柜直流回路中并聯(lián)一個(gè)制動(dòng)電阻，通過(guò)檢測直流母線(xiàn)電壓來(lái)控制一個(gè)功率管的通斷。在直流母線(xiàn)電壓上升至700V左右時(shí)，功率管導通，將再生能量通入電阻，以熱能的形式消耗掉，從而防止直流電壓的上升。由于再生能量沒(méi)能得到利用，因此屬于能量消耗型。同為能量消耗型，它與直流制動(dòng)的不同點(diǎn)是將能量消耗于電機之外的制動(dòng)電阻上，電機不會(huì )過(guò)熱，因而可以較頻繁的工作。
2． 并聯(lián)直流母線(xiàn)吸收型：適用于多電機傳動(dòng)系統（如牽伸機），在這個(gè)系統中，每臺電機均需一臺防爆變頻柜，多臺防爆變頻柜共用一個(gè)網(wǎng)側變流器，所有的逆變部并接在一條共用直流母線(xiàn)上。這種系統中往往有一臺或數臺電機正常工作于制動(dòng)狀態(tài)，處于制動(dòng)狀態(tài)的電機被其它電動(dòng)機拖動(dòng)，產(chǎn)生再生能量，這些能量再通過(guò)并聯(lián)直流母線(xiàn)被處于電動(dòng)狀態(tài)的電機所吸收。在不能完全吸收的情況下，則通過(guò)共用的制動(dòng)電阻消耗掉。這里的再生能量部分被吸收利用，但沒(méi)有回饋到電網(wǎng)中。
3． 能量回饋型：能量回饋型的防爆變頻柜網(wǎng)側變流器是可逆的，當有再生能量產(chǎn)生時(shí)，可逆變流器將再生能量回饋給電網(wǎng)，使再生能量得到完全利用。但這種方法對電源的穩定性要求較高，一旦突然停電，將發(fā)生逆變。
五、再生制動(dòng)的應用一條化纖長(cháng)絲牽伸生產(chǎn)線(xiàn)，由三臺牽伸機組成，分別由三臺電機驅動(dòng)。一輥電機功率22KW、4極，采用蝸桿減速器，速比為25：1；二輥電機功率37KW、4極，蝸桿減速器，速比16：1；三輥電機功率45KW，采用圓柱輪減速器，速比6：1。電機分別采用華為T(mén)D2000-22KW三墾IHF37K，45K防爆變頻柜驅動(dòng)。三臺防爆變頻柜根據牽伸比及速比采用比例控制。它的工作過(guò)程是這樣的：絲束繞在一輥、二輥、三輥上，由防爆變頻柜控制三輥之間不同的速度對絲束進(jìn)行牽伸。開(kāi)車(chē)調試時(shí)因牽伸比小，絲束總旦較低，系統開(kāi)車(chē)正常。在投產(chǎn)一段時(shí)間后，由于工藝調整，增大了牽伸比及絲束總旦，（牽伸比由工藝決定，總旦通俗的說(shuō)，就是絲束的粗細及根數多少，總旦越高，絲束越粗。牽伸倍數或總旦越大，三輥對二輥、一輥的拖力越大。）這時(shí)出現了問(wèn)題。開(kāi)車(chē)時(shí)間不長(cháng)，一輥防爆變頻柜頻繁顯示SC（過(guò)電壓防止），二輥變頻器偶爾也有這種現象。時(shí)間稍長(cháng)，一輥防爆變頻柜保護停機，故障顯示E006（過(guò)電壓）。通過(guò)對故障現象進(jìn)行仔細的分析，得出以下結論：由于一輥與二輥之間的牽伸比占總牽伸倍數的70%，而二輥、三輥電機功率均大于一輥，因此一輥電機實(shí)際工作于發(fā)電狀態(tài)，它必須產(chǎn)生足夠的制動(dòng)力矩，才能保證牽伸倍數。二輥則根據工藝狀況工作于電動(dòng)與制動(dòng)狀態(tài)之間，只有三輥為電動(dòng)狀態(tài)。也就是說(shuō)，一輥防爆變頻柜若不能將電機產(chǎn)生的再生能量處理掉，它就不能產(chǎn)生足夠的制動(dòng)力矩，那么將會(huì )被二輥拖跑。被拖跑的主要原因在于防爆變頻柜為防止過(guò)電壓跳閘而采取的自動(dòng)提高輸出頻率的功能（即失速防止功能）。防爆變頻柜為了降低再生能量，將會(huì )自動(dòng)增加電機轉速，試圖降低再生電壓，但是因再生能量過(guò)高，所以并不能阻止過(guò)電壓的發(fā)生。因此，問(wèn)題的焦點(diǎn)是必須保證一輥、二輥電機具有足夠的制動(dòng)力矩。增加一輥、二輥電機及防爆變頻柜容量可以達到這個(gè)目的，但這顯然是不經(jīng)濟的。而將一輥、二輥產(chǎn)生的過(guò)電壓及時(shí)處理掉，不讓防爆變頻柜的直流電壓升高，也能夠提供足夠的制動(dòng)力矩。由于在系統設計時(shí)未考慮到這點(diǎn)，采用共用直流母線(xiàn)吸收型或能量回饋型的方法已不可能。經(jīng)仔細論證，只有采用將一輥、二輥防爆變頻柜各增加一組外接制動(dòng)單元的方案。經(jīng)計算選用了兩組華為 TDB-4C01-0300制動(dòng)組件。開(kāi)車(chē)后兩組制動(dòng)單元電阻尤其是一輥制動(dòng)阻工作頻率非常之高，說(shuō)明我們的分析是正確的。整個(gè)系統運行近一年，再也沒(méi)有發(fā)生過(guò)過(guò)電壓現象。
六、結束語(yǔ)：本文詳細說(shuō)明了防爆變頻柜產(chǎn)生過(guò)電壓的各種原因及相應的防止措施，討論了再生制動(dòng)的幾種方式，并通過(guò)應用實(shí)例對過(guò)電壓的防止及再生制動(dòng)的應用進(jìn)行了仔細的分析。結果證明，再生制動(dòng)功能是解決過(guò)電壓現象的主要的方法。
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