變頻器直流過壓報警分析及解決

李輝　溫子勝　蔣皓洋　吳正國

摘要：在化工廠循環水冷卻系統中，涼水塔冷卻風扇由大功率變頻電動機驅動。當電動機停車或者遭遇電網波動晃電情況時，變頻器電源消失并停止輸出，涼水塔冷卻風扇由于慣性繼續轉動，此時冷卻風扇通過傳動裝置帶動驅動電動機處于發電狀態，驅動電動機將反饋電傳輸到變頻器上，經過變頻器的逆變回路造成變頻器直流回路過壓報警。這種非正常的反饋電必將對變頻器中的元器件造成沖擊，可能減少變頻器壽命或者損壞變頻器。因此，消除變頻器直流過壓這一情況出現的分析和解決勢在必行。

關鍵詞：變頻器；直流過壓；慣性負載；故障

0 引言

化工廠循環水冷卻系統主要由循環水泵、涼水塔、冷卻風扇、各種管線組成，而循環水泵和涼水塔冷卻風扇則由大功率電動機和變頻電動機驅動。當電動機停車或者遭遇電網晃電情況時，循環水泵和涼水塔冷卻風扇由于慣性繼續轉動，循環水電動機中壓斷路器斷開，同時驅動冷卻風扇運行的電動機變頻器停止輸出。此時循環水泵和冷卻風扇通過傳動裝置帶動驅動電動機處于發電狀態（循環水電動機中壓斷路器已經斷開，在此不作分析），驅動電動機將反饋電傳輸到變頻器上，經過變頻器的逆變回路造成變頻器直流回路過壓報警。在正常的生產運行過程中，該情況多次出現。這種非正常的反饋電必將對變頻器中的元器件造成沖擊，可能減少變頻器壽命或者損壞變頻器。

1 變頻器直流過壓報警原理分析

電動機在正常運行中將電能轉化為機械能輸出，當電動機電源消失（電網波動晃電和正常停機都會導致電源消失），電動機自身轉速下降很快，但是其所帶負載慣性很大，轉速下降很慢的情況下，負載反過來會帶動電動機轉子旋轉。此時，電動機就變成了發電機，向變頻器反饋電能。

電動機發出的三相交流電通過變頻器的逆變橋回路整流，轉換成直流電加在變頻器直流母線上，當直流母線電壓升高到變頻器報警設定值時，將造成變頻器報警甚至過電壓跳閘。

2 解決方法及改造方案

2.1 結合現場實際設置、調整變頻器控制參數中頻率下降延時的時間：

查閱變頻器操作手冊后得知變頻器控制參數207為輸出頻率下降時間，參數值范圍為1～3600sec，對涼水塔冷卻風扇慣性停止的時間統計后確定慣性停車時間為8min，因此，結合實際設置變頻器控制參數207為480sec。

2.2 考慮到變頻器頻率下降延時在電網晃電、電源消失的情況下失去作用，無法配合大慣量負載慣性停機的負載特性曲線，因此，結合實際設置變頻器頻率下降延時控制參數的方法無法應對此種情況。

2.3 變頻器直流回路中增加制動電阻：

查閱變頻器操作手冊得知可以通過在變頻器直流回路中增加制動電阻（Brake resistor）的方法消耗直流母線中回饋的電能，限制和降低直流母線電壓。查看現場變頻器上有“R+”和“R-”兩個接線端子，可以外接制動電阻。

外接制動電阻有很多優點：制動能量在變頻器以外得以消耗，且當制動電阻過載時，其發熱狀況不會影響變頻器內部的電路板和元器件；但是在變頻器直流回路中增加制動電阻必須對現場實際深入了解并結合操作手冊公式仔細計算，選擇電壓等級及阻值合適的制動電阻。否則，一旦制動電阻選擇不合適，制動電阻制動能力不夠也會造成變頻器直流母線電壓過高而報警甚至跳閘。

2.4 改造電動機電氣一次回路：

改造電動機一次回路中接觸器的位置，將原來（主電源—接觸器—變頻器—電動機—慣性負載）的接線方式更改為（主電源—變頻器—接觸器—電動機—慣性負載）的接線方式；或者增加接觸器，將原來（主電源—變頻器—電動機—慣性負載）的接線方式更改為（主電源—變頻器—接觸器—電動機—慣性負載）的接線方式。

根據設計和變頻器尺寸的不同，變頻器控制柜大致分為兩種：

第一種是變頻器和一次回路、二次回路的元器件及線路安裝在同一個控制柜中。該情況適用于變頻器比較小，電動機功率不大的場合。此類控制柜中元器件安裝緊密，額外的空間很少，改造工作受空間限制較多，但是由于電動機功率不大，電氣一次回路中的接線截面也不大，重新布線也相對容易。

當電動機功率很大（涼水塔冷卻風扇的驅動電動機功率200kw），電氣一次回路中斷路器、接觸器尺寸將增加，接線截面將增加，或者變頻器尺寸過大時，變頻器和電氣一次回路中的斷路器、接觸器并不處于同一個控制柜中。此類控制柜中額外空間較多，但是電氣一次回路接線截面太大，重新布線、接線很困難。

3 采用的方案及效果

結合我廠現場實際，勘察變頻器控制柜空間、電氣一次回路接線等情況后，本著減少改造工作量、加快改造時間、提高工作效率、保證設備改造后安全可靠運行等原則，電氣技術人員對變頻器控制參數中頻率下降延時的時間進行了重新設置和調整。

雖然變頻器頻率下降延時在電網晃電、電源消失的情況下失去作用，無法配合大慣量負載慣性停機的負載特性曲線，但是考慮到電網波動情況很少發生，變頻器直流回路中暫時沒有增加制動電阻。

變頻器控制參數中頻率下降延時的時間進行重新設置和調整后，頻率下降曲線與大慣量負載慣性停機的負載特性曲線配合良好，除一年中個別兩次電網波動晃電的情況之外，變頻器因直流母線電壓過高而報警甚至跳閘的情況基本不再發生。

4 結論

我們從中了解到大慣性負載驅動電動機將反饋電傳輸到變頻器上，經過變頻器的逆變回路造成變頻器直流回路過壓報警，對變頻器中的元器件造成沖擊，可能減少變頻器壽命或者損壞變頻器，此類情況對變頻器的正常運行影響很大。通過不同的方法可以解決這一問題，保證變頻器能夠正常使用，為企業節省資金并提高經濟效益。以上就是我廠一例變頻器直流回路過壓報警及改造實例，希望能為其他變頻器的運行和維護提供一定的參考作用。

參考文獻：

[1]Danfoss VLT8000操作手冊

[2]Danfoss VLT5000操作手冊

[3]Danfoss VLT Automation Drive FC300操作手冊

[4]王兆義，《變頻器應用故障200例》，北京：機械工業出版社，2013年2月

作者簡介：

李輝，男，本科，新疆獨山子石化公司乙烯廠電氣車間高級工程師，主要從事工廠電氣設備試驗、維護、檢修工作。