变频器过电压故障与维修处理措施

    在调试与使用变频器过程中常会遇到多种不同的问题，而变频器过电压故障就是其中出现最频繁的问题。

    发生过电压后，为了防止变频器电路内部损坏，变频器的过电压保护功能此时将工作，使停止运行变频器，使设备无法正常工作。为此必须采取消除过电压的措施，防止发生故障。由于变频器与电机的使用环境和场合不同，产生过电压的原因也不相同，所以采用的对策应该依据详细情况来调整。

过电压的产生与再生制动

    所谓变频器的过电压，是指各种不同原因造成其电压超过了变频器电压额定电压，表现集中在变频器直流主线的直流电压上。正常运作时，变频器直流部电压为三相全波整流后的平均值。若以380V线电压计算，则平均直流电压Ud=1.35U线=513V。

    在产生过电压时，直流总线上的储能电容将被充电，当电压上升至700V左右时，(因机型而异)变频器过电压保护功能运行。造成过电压的原因主要有两种：电源过电压和再生过电压。电源过电压是指因电源电压过高而使直流总线电压超过额定值。现在大部分变频器的输入电压最高可达460V，因此如今电源引起的过电压极为少见。

    而再生过电压是现在变频器产生过电压故障的主要原因。产生再生过电压主要有以下原因：负载减速时变频器减速时间设置过短，电动机受外力影响（如风机、牵伸机）或位能负载（如电梯、起重机）下落。由于这些原因，使电动机实际转速高于变频器的指令转速，即电动机转子转速超过同步转速，此时电动机的转差率为负，转子绕组切割旋转磁场产生的电磁转矩为阻碍旋转方向的制动转矩。因此，电动机实际上处于发电状态，负载的动能被“再生”成为电能。再生能量经逆变部分续流二极管对变频器直流储能电容器充电，使直流母线电压上升。这就是再生类过电压。因再生类过电压产生的转矩与原转矩相反，为制动转矩，因此再生类过电压的过程也就是再i生制动的过程。

    换句话说，消除了再生能量，也就提高了制动转矩。如果再生能量不大，因变频器与电动机本身具有20%的再生制动能力，且这部分能量将被变频器及电动机消耗掉。若这部分能量超过了变频器与电动机的消耗能力，直流回路的电容器将被充电，变频器的过电压保护动作，使运行停止。为避免发生这种情况，必须将这部分能量及时消耗掉，同时也提高了制动转矩，这就是再生制动的目的。

    变频器负载突降会使负载的转速明显上升，使电动机进入再生发电状态，从负载侧向变频器中间直流回路回馈能量，短时间内能量的集中回馈可能会超出中间直流回路及其能量处理单元的承受能力而引发过电压故障。

    工艺流程限定了负载的减速时间，合理设置相关参数也不能减缓这一故障，系统也没有采取处理多余能量的措施，必然引发过电压保护动作跳闸。

过电压的防止措施

    过电压产生的原因不同，对变频器过电压维修的对策也不一样。对于在停车过程中产生的过电压现象，对停车时间或无特殊要求，那么可以采用延长变频器减速时间或自由停车的方法来。所谓自由停车即变频器将主开关器件断开，让电机自由滑行停止。

    对停车时间或停车有的要求，可以使用直流制动(DC制动)功能。直流制动功能是将电机减速到频率后，在电机定子绕组中通入直流电，形成一个静止的磁场。电机转子绕组切割这个磁场而产生一个制动转矩，使负载的动能变成电能以热量的形式消耗于电机转子回路中，这种制动又称作能耗制动。在直流制动的过程中上包含了再生制动与能耗制动两个过程。这种制动方法效率仅为再生制动的30-60%，制动转矩较小。将能量消耗于电机中会使电机过热，制动时间不宜过长。而且直流制动开始频率，制动时间及制动电压的大小均为人工设定，不能根据再生电压的高低自动调节，因而直流制动不能用于正常运行中产生的过电压，只能用于停车时的制动。

    对于减速(从高速转为低速，但不停车)时因负载的GD2(飞轮转矩)过大而产生的过电压，可以采取适当延长减速时间的方法来。其实这种方法也是再生制动原理，延长减速时间只是控制负载的再生电压对变频器的充电速度，使变频器本身的20%的再生制动能力得到合理而已。至于那些外力的作用(包括位能下放)而使电机处于再生的负载，因其正常运行于制动，再生能量过高无法由变频器本身消耗掉，不可能采用直流制动或延长减速时间的方法。

    再生制动与直流制动相比，具有较高的制动转矩，而且制动转矩的大小可以根据负载所需的制动力矩(即再生能量的高低)由变频器的制动单元自动控制。再生制动最适用于在正常工作过程中为负载提供制动转矩。

变频再生制动的方法

1、能量消耗型

    这种方法是在变频器直流回路中并联一个制动电阻，通过检测直流母线电压来控制一个功率管的通断。在直流母线电压上升至700V左右时，功率管导通，将再生能量通入电阻，以热能的形式消耗掉，从而防止直流电压的上升。由于再生能量没能得到利用，因此属于能量消耗型。同为能量消耗型，它与直流制动的不同点是将能量消耗于电机之外的制动电阻上，电机不会过热，因而可以较频繁的工作。

2、并联直流母线吸收型

    适用于多电机传动系统(如牵伸机)，在这个系统中，每台电机均需一台变频器，多台变频器共用一个网侧变流器，所有的逆变部并接在一条共用直流母线上。这种系统中往往有一台或数台电机正常工作于制动状态，处于制动状态的电机被其它电动机拖动，产生再生能量，这些能量再通过并联直流母线被处于电动状态的电机所吸收。在不能完全吸收的情况下，则通过共用的制动电阻消耗掉。这里的再生能量部分被吸收利用，但没有回馈到电网中。

3、能量回馈型

    能量回馈型的变频器网侧变流器是可逆的，当有再生能量产生时，可逆变流器将再生能量回馈给电网，使再生能量得到完全利用。但这种方法对电源的稳定性要求较高，一旦突然停电，将发生逆变颠覆

    变频器在未来的网络智能化、专门化与一体化、无公害环保节能、新能源适应领域都有广大的发展前途。而这些都是建立在大家对变频器的了解与使用上，通过上述内容希望能够帮助大家快速了解变频器过电压故障产生原因与相应措施，从而保障工业运行稳定。

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