技术丨生产过程中变频直流过电压现象和解决方法

引言

过电压是指在工频下交流电压均方根值超过额定值的10%，并且持续时间>1min的长时间电压变动现象。过电压的出现是由于设备的瞬间负荷增大，通常在设备感性或容性负载接通或断开情况下容易发生。变频器设备在实际使用中产生直流过电压会使变频器设备出现故障，影响正常生产使用。而当变频器设备出现直流过电压时，变频器设备的电压就会迅速上升到700V左右，变频器设备为保护整体设备的安全稳定会自行切断电源，导致变频器设备停止工作。

1.1 电源直流过电压

电源直流过电压是指由于变频器设备电压过高现象，电源直流过电压引发原因通常是由于巨大的电源电压导致直流母线中的电压值远远超过额定值，而随着我国科技水平的逐渐提高，变频器设备也获得非常大的进步和改善，目前市场环境中常见的变频器设备输入电压已经能够达到460V，因此由于电源影响而产生的电源直流过电压情况越来越小。

1.2 负载直流过电压

负载直流过电压也叫再生直流过电压，产生原因主要是由于变频器设备的电动机转速过快，当电动机设备转速明显超过变频器设定的转速后，负载传动系统中储存的大量机械能就会全部转化为电能，由于大量多余电能无法得到及时处理和消耗，这些新产生的电能会通过变频器二极管对电容器进行充电，会导致变频器设备内的电压值迅速上升，进而产生直流过电压。负载直流过电压在设备实际使用中经常出现，同时由于负载直流过电压具有一定隐蔽性使管理人员难以及时察觉，进而使变频器设备出现故障、损害现象。

通常产生再生直流过电压的临界值为变频器设备消耗量的20%，如果产生的电能量低于变频器设备消耗量的20%，通过变频器设备和电动机设备就能够将产生的电能消耗掉，不会产生直流过电压现象。如果产生的电能超过变频器设备消耗量的20%，变频器和电动机就无法全部消耗产生的电能，多余电能会对电容器进行充电，进而产生直流过电压影响设备正常使用。

直流过电压的产生会造成变频器设备出现故障甚至损坏现象，直流过电压引发的危害主要分为以下几点：

(1)电动机设备出现磁路饱和现象。当电动机的电压上升后，电动机内部的磁通量会明显增加，进而致磁路呈现出饱和现象，长时间处于磁路饱和现象工作就会使电动机设备内部温度逐渐升高，进而引发电动机设备烧毁损坏。

(2)电动机设备自身的绝缘寿命受到影响。由于产生直流过电压，电动机设备输出电压带来的脉冲增加，强烈脉冲会对电动机设备自身绝缘寿命造成严重危害。

(3)影响变频器中电容器设备的使用寿命。当出现直流过电压时，由于产生大量电能会对电容器设备进行充电，而大量充电会导致电容器出现爆炸现象，即使没有爆炸，过量的充电也会让电容器容量受到损伤。

由于直流过电压产生会对电子设备造成无法挽回的影响，因此管理人员要提高对直流过电压的重视度，通过适当的解决措施来减少直流过电压造成的影响和损害。

3.1 增加变频器设备制动电阻

针对直流过电压产生原因，管理人员可以适当增加变频器设备上的制动电阻，通过制动电阻来消耗产生的大量电能，以此来减少直流过电压产生几率。通常变频器设备中都带有制动电阻和制动单元，但当变频器内产生的电能量过大时，现有制动单元无法满足电能消耗需求，因此可以适当增加制动电阻来加以控制。增加制动电阻的方法能够有效减少直流过电压的产生几率，但存在的缺点在于制动电阻增大会使变频器设备整体能量消耗量明显增加，运行成本上升；同时由于制动电阻的长时间运行，电阻设备自身的温度长时间处于比较高的状态下，容易造成电阻设备损坏现象。

3.2 输入侧增加逆变电路

在变频器设备输入侧增加逆变电路是目前市场环境中非常成熟的解决措施之一。通过增设逆变电路的方法能够有效处理回路中存在的大量多余电能，将电能通过回馈电网的方式加以处理解决。增设逆变电路的缺点在于整体成本过高、实际操作难度大，因此在一些小型生产机构中难以得到有效使用。

3.3 在变频器直流回路上适当增加电容

电容是影响直流回路承受能力的重要因素，因此增加电容式是减少直流过电压产生几率的有效措施之一。管理人员可以定期对电容器进行检查，将一些使用时间比较久、磨损老化程度严重的电容器设备及时加以更换，或者将现有的电容器设备更换为容量更大的设备进行使用。电容器设备的电容量增大后，由于直流过电压造成的充电现象对电容器设备的危害程度就会减少，以此来确保变频器设备在生产使用中的安全性。

2022年3月初我公司原料AB磨选粉机电机由原来的异步电动机加减速机驱动，改为永磁电机直驱，笔者有幸第一次接触永磁电机安装及调试工作。从设备组装吊装落位安装，到电气安装接线上电调试，整个过程几乎完美。但是还是出了问题，原设备用的是ACS800变频器，新电机用的是ACS880变频器，永磁直驱电机在开始上电调试阶段还算稳定，但偶尔会报直流过电压故障(3210或3130)，但随着立磨生产逐步加量永磁直驱电机运行极不稳定，经常跳停，严重影响正常生产使用，经过多方面了解最终确定解决方案，给ACS880变频器增加能耗单元制动电阻，增装能耗单元后彻底解决了直流过电压故障。

问题虽然解决了，但也对公司的生产经营造成一定影响，为避免类似问题再次发生，笔者进行深度总结思考。

我公司永磁直驱设备产生直流过电压属于负载性直流过电压，问题出现源于设备人员对工艺系统风不太了解，系统风对设备启动运转的影响程度没有精确考量，未考虑到永磁直驱设备的负载风叶会随系统风产生自转，从而影响设备正常启动，由此引发变频器直流过电压故障。

变频器直流过电压的解决措施有多种，我公司采用增加制动电阻的方法解决了该问题，通过制动电阻来消耗产生的大量电能，以此来减少直流过电压的产生几率。目前我公司使用的变频器正常工作时直流电压为570V左右，设置制动电阻的启动电压略高于正常电压10V即可，设置过高易引发过压故障停机，设置低于正常工作的直流电压会使制动电阻一直处于工作状态，易造成电阻箱高温导致设备损坏。

综上所述，直流过电压是影响变频器设备正常生产使用的关键因素，因此相关人员需要提高对直流过电压的重视，针对常见的再生直流过电压，可以通过增加变频器设备的制动电阻、输入侧增加逆变电路、增加直流回路电容等方式来减少直流过电压的产生几率，为变频器设备正常使用的安全性和稳定性提供保障。

在引用新技术、新设备时需要进行多方面技术论证，从机、电、工艺专业角度充分分析论证技术方案的可实施性，以及可能发生的问题并提出解决方案，确保项目实施顺利达标完成。

作者：梁学然

企业：《涞水金隅冀东环保科技有限公司》

来源：《中国水泥》

微信公众号：备件网（关注查询更多资讯）

（本文来源网络，若涉及版权问题，请作者来电或来函联系！）