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[導(dǎo)讀] 過電壓的產(chǎn)生與再生制動 所謂變頻器的過電壓,是指由于種種原因造成的變頻器電壓超過額定電壓,集中表現(xiàn)在變頻器直流母線的直流電壓上。正常工作時,變頻器直流部電壓為三相全波整流后的平均值。若以

過電壓的產(chǎn)生與再生制動

所謂變頻器的過電壓,是指由于種種原因造成的變頻器電壓超過額定電壓,集中表現(xiàn)在變頻器直流母線的直流電壓上。正常工作時,變頻器直流部電壓為三相全波整流后的平均值。若以380V線電壓計算,則平均直流電壓Ud=1.35U線=513V。
在過電壓發(fā)生時,直流母線上的儲能電容將被充電,當(dāng)電壓上升至700V左右時,(因機(jī)型而異)變頻器過電壓保護(hù)動作。造成過電壓的原因主要有兩種:電源過電壓和再生過電壓。電源過電壓是指因電源電壓過高而使直流母線電壓超過額定值。而現(xiàn)在大部分變頻器的輸入電壓最高可達(dá)460V,因此,電源引起的過電壓極為少見。

本文主要討論的問題是再生過電壓。產(chǎn)生再生過電壓主要有以下原因:當(dāng)大GD2(飛輪力矩)負(fù)載減速時變頻器減速時間設(shè)定過短;電機(jī)受外力影響(風(fēng)機(jī)、牽伸機(jī))或位能負(fù)載(電梯、起重機(jī))下放。由于這些原因,使電機(jī)實際轉(zhuǎn)速高于變頻器的指令轉(zhuǎn)速,也就是說,電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速,這時電機(jī)的轉(zhuǎn)差率為負(fù),轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與電動機(jī)狀態(tài)時相反,其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為阻礙旋轉(zhuǎn)方向的制動轉(zhuǎn)矩。所以電動機(jī)實際上處于發(fā)電狀態(tài),負(fù)載的動能被“再生”成為電能。

再生能量經(jīng)逆變部續(xù)流二極管對變頻器直流儲能電容器充電,使直流母線電壓上升,這就是再生過電壓。因再生過電壓的過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與原轉(zhuǎn)矩相反,為制動轉(zhuǎn)矩,因此再生過電壓的過程也就是再生制動的過程。換句話說,消除了再生能量,也就提高了制動轉(zhuǎn)矩。如果再生能量不大,因變頻器與電機(jī)本身具有20%的再生制動能力,這部分電能將被變頻器及電機(jī)消耗掉。若這部分能量超過了變頻器與電機(jī)的消耗能力,直流回路的電容將被過充電,變頻器的過電壓保護(hù)功能動作,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的處理掉,同時也提高了制動轉(zhuǎn)矩,這就是再生制動的目的。

過電壓的防止措施

由于過電壓產(chǎn)生的原因不同,因而采取的對策也不相同。對于在停車過程中產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象,如果對停車時間或位置無特殊要求,那么可以采用延長變頻器減速時間或自由停車的方法來解決。所謂自由停車即變頻器將主開關(guān)器件斷開,讓電機(jī)自由滑行停止。

如果對停車時間或停車位置有一定的要求,那么可以采用直流制動(DC制動)功能。直流制動功能是將電機(jī)減速到一定頻率后,在電機(jī)定子繞組中通入直流電,形成一個靜止的磁場。電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組切割這個磁場而產(chǎn)生一個制動轉(zhuǎn)矩,使負(fù)載的動能變成電能以熱量的形式消耗于電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中,因此這種制動又稱作能耗制動。在直流制動的過程中實際上包含了再生制動與能耗制動兩個過程。這種制動方法效率僅為再生制動的30-60%,制動轉(zhuǎn)矩較小。由于將能量消耗于電機(jī)中會使電機(jī)過熱,所以制動時間不宜過長。而且直流制動開始頻率,制動時間及制動電壓的大小均為人工設(shè)定,不能根據(jù)再生電壓的高低自動調(diào)節(jié),因而直流制動不能用于正常運行中產(chǎn)生的過電壓,只能用于停車時的制動。

對于減速(從高速轉(zhuǎn)為低速,但不停車)時因負(fù)載的GD2(飛輪轉(zhuǎn)矩)過大而產(chǎn)生的過電壓,可以采取適當(dāng)延長減速時間的方法來解決。其實這種方法也是利用再生制動原理,延長減速時間只是控制負(fù)載的再生電壓對變頻器的充電速度,使變頻器本身的20%的再生制動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(jī)處于再生狀態(tài)的負(fù)載,因其正常運行于制動狀態(tài),再生能量過高無法由變頻器本身消耗掉,因此不可能采用直流制動或延長減速時間的方法。

再生制動與直流制動相比,具有較高的制動轉(zhuǎn)矩,而且制動轉(zhuǎn)矩的大小可以跟據(jù)負(fù)載所需的制動力矩(即再生能量的高低)由變頻器的制動單元自動控制。因此再生制動最適用于在正常工作過程中為負(fù)載提供制動轉(zhuǎn)矩。

再生制動的方法:

1.能量消耗型:
這種方法是在變頻器直流回路中并聯(lián)一個制動電阻,通過檢測直流母線電壓來控制一個功率管的通斷。在直流母線電壓上升至700V左右時,功率管導(dǎo)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,它與直流制動的不同點是將能量消耗于電機(jī)之外的制動電阻上,電機(jī)不會過熱,因而可以較頻繁的工作。

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