茶叶机变频器过压的处理

1 前言

变频器过压故障保护是变频器中间直流电压达到危险程度后采取的保护措施，这是电压型交-直-交变频器设计上的一大缺陷，在变频器实际运行中引起此故障的原因较多，在茶叶机变频器过压案例中，通过分析过压产生的两个原因，在此基础上分析清楚故障原因，并有针对性的采取相应的几个措施去处理。

2 茶叶机变频器过压的故障现象

某茶叶厂用户在使用茶叶机械时使用两台艾默生变频器EV1000-4T0022G（2.2KW）变频器，控制两台6CBC型八角炒干机（如图1所示），其中一台变频器一直运行良好，一台变频器运行两星期后开始偶尔出现E006恒速过压故障。后用户将此变频器功率换高一档为3.7KW，变频器仍然会出现E006故障。

图1 6CBC型八角炒干机

3 变频器过压的提出、原因与对策

（1）过压问题的提出

变频器过压故障保护是变频器中间直流电压达到危险程度后采取的保护措施，这是电压型交-直-交变频器设计上的一大缺陷，在变频器实际运行中引起此故障的原因较多，可以采取的措施也较多，在处理此类故障时要分析清楚故障原因，有针对性的采取相应的措施去处理。

通用变频器大都为电压型交-直-交变频器，从变频器的基本结构图中可以知道三相交流电首先通过二极管不控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。一般而言，负载的能量可以分为动能和势能两种。动能（由负载的速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积，当动能减为零时，该物体就处在停止状态。图2所示为电机传动的四种运行方式，在很多工艺场合中所涉及到负载的共同特点，就是要求电机不仅运行于电动状态（一、三象限），而且要运行于发电制动状态（二、四象限）。

图2 电机传动的四种运行方式

对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低，这时会产生制动过程，由制动产生的功率将返回到变频器侧，由于二极管不控整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压；而以GTR、IGBT为代表的全控型器件耐压较低，过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统安全工作，这就限制了通用变频器的应用范围。因此，必须将这些功率消耗掉，如可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载时，如负载下降，能量（势能）也要返回到变频器（或电源）侧，这种操作方法被称作“再生制动”。

如果在负载减速期间或者长期被倒拖时，由电机侧流到变频器直流母线侧产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧或者通过直流母线并联的方式由其他电动状态的电机消耗的方法叫做回馈制动。显然，如需要将能量直接返回到电源侧还需要一种特殊的装置，即能量回馈单元。

总而言之，为了改善制动能力，不能单纯期望靠增加变频器的容量来解决问题，而必须采用处理再生能量的方法：电阻能耗制动和回馈制动。

（2）变频器过压故障的危害性

变频器过压主要是指其中间直流回路过压，中间直流回路过压主要危害在于：

a、引起电动机磁路饱和。对于电动机来说，电压主过高必然使电机铁芯磁通增加，可能导致磁路饱和，励磁电流过大，从面引起电机温升过高。

b、损害电动机绝缘。中间直流回路电压升高后，变频器输出电压的脉冲幅度过大，对电机绝缘寿命有很大的影响。

b、对中间直流回路滤波电容器寿命有直接影响，严重时会引起电容器爆裂。因而变频器厂家一般将中间直流回路过压值限定在DC800V左右，一旦其电压超过限定值，变频器将按限定要求跳闸保护。

正是基于过压的严重危害性，在以下变频器应用场合，用户必须考虑配套使用制动方式：电机拖动大惯量负载（如离心机、龙门刨、巷道车、行车的大小车等）并要求急剧减速或停车；电机拖动位能负载（如电梯，起重机，矿井提升机等）；电机经常处于被拖动状态（如离心机副机、造纸机导纸辊电机、化纤机械牵伸机等）。

（3）过压故障处理对策

对于过压故障的处理，关键一是中间直流回路多余能量如何及时处理;二是如何避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过压的程度限定在允许的限值之内。

下面是主要的对策：

a、在电源输入侧增加吸收装置，减少过压因素

对于电源输入侧有冲击过压、雷电引起的过压、补偿电容在合闸或断开时形成的过压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。

b、从变频器已设定的参数中寻找解决办法

c、分析工艺流程，在工艺流程中寻找解决办法

d、 采用增加制动电阻的方法

e、在输入侧增加逆变电路的方法

f、采用在中间直流回路上增加适当电容的方法

g、在条件允许的情况下适当降低工频电源电压

h、多台变频器共用直流母线的方法

i、通过控制系统功能优势解决变频器过压问题

4 茶叶机变频器过压分析处理

由于变频器能在复位后正常运行，所以应重点检查变频器在运行中的电压变化情况。测量变频器EV1000-4T0022G的直流母线电压UPN在恒速运行过程中电压偶尔有上升现象，当电压达到760V时变频器报E0006（恒速过压故障），从此现象可以看出此台八角炒干机在恒速运行过程中由于机械部分重心不稳而出现再生回馈。

为进一步证实变频器本身不是E006故障的原因，将此台报故障变频器控制另外一台运行良好的炒干机，结果此台变频器运行良好，由此更可看出此中故障和变频器本身质量无关，对于在恒速运行过程中出现有回馈现象应采取能耗制动方式，只需在变频器侧加一个制动电阻即可（因为EV1000系列变频器已经内置制动单元），制动电阻阻值大小根据经验值、查表或计算（如前节所述）获得，现选择200Ω/500W。

该茶叶厂用户按图3进行接线。

图3 带制动电阻的八角炒干机变频控制

变频器上电后，重新修改以下参数：

（1）F2.13: 能耗制动选择为“1”

该参数根据实际情况进行设定，即“0”为无能耗制动组件，而“1”为有能耗制动组件。

（2）F2.14:制动使用率为10％

制动使用率根据实际情况选择为10％。

参数修改后，带载运行，变频器工作良好，故障消除。

5 总结归纳

变频器恒速运行中监测直流母线电压满足下列条件时，即直流母线电压≥过压保护点（参数设定），变频器进行保护，并显示E006故障代码。对于该故障，可以按照表1进行一步步排除问题。

表1 E006故障排除

对于艾默生变频器，合理选择制动电阻是系统配置的前提，表16.3所示为EV1000/TD1000系列内置制动单元的制动电阻选配表。

表2 制动电阻选配清单

参考文献：

[1] 李方园. 变频器原理与维修[M].北京：机械工业出版社，2010.