电网电压波动对变频器的危害及其解决研究

刘文，朱友林

1.北京弥天科技有限公司，北京 100020；
2.赣州八五一台，江西 赣州 341000

在现阶段工业生产中变频器具有重要作用。变频器由于被广泛应用，很多外界因素都能对其造成损伤，而电网电压波动是变频器出现短路等现象的重要影响因素之一。因此，相关人员需要对此予以重视，并对其不断完善，从而促进工业生产稳定发展。

在当前的工作环境中，相关人员需要保证工作质量，并对功率设备峰值实行控制，但由于外界因素的影响，会导致设备控制峰值较低。当出现大容量负荷或者电容组断开的情况时，将会导致欠电压现象的出现。在工业发展过程中，若要提升变频器工作质量，相关技术人员需要结合实际工作内容，将整体工作线路与工频交流电转化为直流电；
逆变电路则是将各种直流电调节为交流电。变频调速的相关设备在既定的工作环境要求下，会以交流到直流、再到交流的负载方式变化。而过电压就会对电机造成相当直接的压力变化，使电磁通量结果受到冲击。由于电流逐渐的上升，导致电器本体的工作温度也慢慢上升，对电器本身体会造成一定的伤害，在这个形式的情况下直流电路会出现电流增加的现象。另外，还会直接降低电机的电流输出效果，降低电机的运行效率，也很容易导致电机的使用寿命降低，甚至直接导致电容器的工作效果受到损害。在较为极端条件下，也容易造成变频器的电源系统无法正常运行，导致其电流输出的效率出现降低趋势，也会导致电机的系统运行效果较差，电源系统也无法顺利关闭[1]。

2.1 电网电压升高对变频器的影响

一般的逆变器电路的基本构成是整流电路和逆变器电路，整流电路是电源频率交流整流器。逆变器电路利用可调频率和电压将交流电反转到直流。频率转换速度调整设备通常采用ACAC-AC电压模式。逆变器过电压一般指的是中间DC电路过电压，其危害主要包括以下三点：①栅极电压的上升增加了电机电路的磁通量，这容易引起磁电路的饱和，增加了励磁电流，引起过多的温度上升；
②栅极电压的上升使中间DC电路电压上升。而且，逆变器的输出电压脉冲振幅过大，对电机的绝缘寿命有很大影响；
③对中间的DC电路的过滤器·电容寿命带来大的影响，连电容器也使之破裂。变频器在生产时候会让其具备能够承担一定过量电压的功能，在电网电压升高的量不超过其承受能力时，变频器依然能够正常运作，但是如果电压升高的量超过设备的承受能力，就会使得部分变频器运转出现异常，严重时将使设备遭到损伤。当电网受到雷击或者发生振动时，若供电系统的防雷接地措施不到位或者接触不良将会导致电网电压急速上升，从而导致设备被损坏。当前许多低压供配电系统没有安装过电压保护措施，所以为保证低压供配电设备能够正常运行，相关人员也应当给其安装浪涌电压吸收装置和过电压吸收装置等保护措施。

2.2 电网电压降低对变频器的影响

频率转换器包括许多功率器件，例如IGBT、GTO、IGCT。一般这种功率设备具有一定的过载范围。一旦网格过电压的范围小且时间较短，则会对功率设备的基本操作造成干扰。而一旦网格压力降低幅度过大的情况，并且持续较长一段时间，逆变器的电源将不再振荡，控制其电源的输出功率就会停止，或功率也会随之降低，从而造成逆变器控制功能失效，甚至无法断开供电设备，对逆变器产生损害。当电网压力下降到一定幅度以后，一些设备的输出也会迅速降低，同时还会干扰到整个生产过程的正常运转。变频器将会因为电压供给不足而使其在运转中得不到有效的降温，自身温度急速上升，从而促使变频器的稳定运作受到影响，甚至会使得设备会因过热而损坏。由于现阶段变频器的电源几乎都是使用开关电源实行控制，在电网电压下降程度较低的时候，会增加开关电源的调节难度，但控制系统还可以顺利运转，功率设备能够关闭。在电网电压下降较多的时候，主回路电流将急速增加，增大功率器件承受的负荷，让其机体温度急速上升。控制电源的输出功率会随电网电压下降急速降低甚至停止输出，从而使系统出现混乱的情况，功率电器无法关断，从而损害变频装置[2

]。

对于控制电源采取自主控制回路中直流电压变化的变频器而言，由于直流电路具有很大的电容，当电网电压下降的时候，由于直流回路的电流变化仍然可以维持在很长的正常电流范围，让这种变频器的主控电源仍然可以得到很充足的电流，变频器的正常运转也就暂时没有受影响，因为这样变频器对于电网波动具有很大的抵抗功能。但是，对于主控电源来自于交流供电路的变频器来说，当电网电压下降的时候，变频器对电网震荡抵抗功能逐渐减弱，便会导致其主控电源的电流幅值迅速降低，从而影响到变频器的正常运行。综合以上提到的两个变频器，由于开关电源的运作所涉及范围相当广泛，而且控制开关电源的电流通常都会有所剩余，所以在电网电压下降不多和持续时间较短的时候，能保持稳定电压。但是如若电网电压下降幅度过大或者时间太久，开关电源将无法保持稳定电压供给[3]。

3.1 过电压故障解决措施

为了解决网格过电压对频率变换器的影响，在频率变换器中间的DC电路中有效且及时地处理过多的能量，必须同时避免或降低面向频率变换器的中间DC电路过多的电能供应，由电力网所产生的过电压必须在一个允许值以内。在具体工作的基础上，有关装置管理者也需要对整个装置主体进行优化操作。在当前工作状况下，由于受外界条件的影响，过电压设备往往会遭受电网冲击、雷电、补偿电容器在合闸后运行环境下断裂等的影响，并由此产生诸多风险因素。为实现最好的防范效应，其相关管理人员不仅需要对不同装置进行系统分析，同时也要对装置所在区域的实际工作状况予以记录。而想要达到最佳的使用效率，就必须改善设备两端之间的电压，以满足其电压标准范围，从而有效地减少和避免各种隐患问题的产生[4]。

（1）调整频率转换器的设置参数，降低电源电压是当前有效预防过电压的手段之一。在现阶段工业生产过程中，若要提高系统内部的控制管理，就需要专业工作人员对电压波动进行有效分析，并对其中变频器的管理措施予以研究，在应用相关技术的同时也要对变频器本身的特点进行研究。在中间系统运行中，电压本身的强度会受到直流回路产生的影响。另外，在设定频率变换器减速时间参数的情况下，中间电路设定为标准电压的状态。为避免负载电量释放过快，尤其对具有由频率转换器所控制的大负荷设备而言，持续时间不会太短。为防止变频器在过电压发生的有限时间里出现故障，相关人员需要考虑实际工业生产情况，并设置高效变压开关装置以及设定反相器失速的自我调整功能，设定频率变换器的频率数值，或使频率减速来降低控制装置的速度，从而保证变频器本身的工作能力和成效得以提升，以此确保工作质量能够得到保障[5]。

（2）调节放电电阻。在当前工业生产过程中，为减少因为外界因素所导致的设施损坏现象，在展开工作中，要求相关管理人员应加强并联电阻的配置管理，并且最大程度完善管理方式，从而为整个储能元件结构主体构建一个相对稳定的工作环境，以达到保证整个电路系统工作品质的目的，促使电路系统稳定运行。放电电阻是在能量存储元件两端并联的电阻器，能够为设备提供能量存储元件的能量消耗路径，并保证电路安全。在现阶段工业生产中，低功率变频器一般在其设备内部中间的DC电路中使用控制装置和放电电阻来控制，为高功率逆变器向中间DC电路提供用于释放过剩的能量。因此，为防止过电压溢出造成不必要的损害，相关人员需要根据其标准要求增大放电电阻[6]。一般使用的频率转换器的电源侧是能够控制的整流桥，其特征是高电源电压，产生中间直流电路的电压也增加。例如，当电源电压为380V时，频率转换器的直流电路电压为537V。在转换器的位置接近变压器的情况下，输入电压通常为400V以上，成为中间DC电路的过大电压。因此，如果条件成立，则可以使用变压器的抽头机通过低电压齿轮的配置来降低电源电压，从而提高频率转换器的过电压能力。

（3）添加反相器电路，反相器电路的基本功能是在控制电路下降，其中间DC电路中DC功率输出可通过任意调整的频率与电压转换为AC电源。通过在逆变器输入侧追加逆变器电路，从而可以将逆变器的直流电路中剩余能量及时返回到网格里。但其成本高，并且技术要求复杂。在当前工业发展中，逆变电路的日常工作主要是能够优化控制电路自身的工作效果，通过分析其中间直流电路的调节作用，促使变频器正常工作更加便利，并满足交流电源的基础要求。此外，还要在变频器输入基础上，将整个变频器中直流回路并入电网中。但是，这种方式的成本较高，对于技术的要求也会更复杂[7]。

（4）对中间电路施加适当的电容。想要实现最佳的工作效率，在设计中间直流电路的基础上，相关人员就需要设定合理的电容器，还需要根据变频器的容量构成和中间直流电路的具体工作效果，对电流状态、电压等做出预测分析，通过这些方法才能实现最佳的工作效率，从而使得工作环境中的电流质量以及中间电路承载力都既能够保障后期的各种管理工作高效实施，又可以避免由于过电压所造成的设备损伤问题。而通过对频率转换器的电容和中间电路的电流状态和电压预测，就可以直接把相应的电容器施加在中间电网中，这能够使电路电压稳定化，提高承受过电压电路的能力。在设计阶段，相关人员可以选择更大容量的频率转换器来有效地防止过电压的影响[8]。

3.2 欠电压

安装电源用UPS（无停电电源装置）。当正常交流电源被切断时，来自电池的DC输出被转换成连续的AC电源装置。逆变器在使用或由UPS直接供电时，为避免逆变器过电压的触发，可充分利用“电压损失”和不间断电源的特点。因此，如果由于电源突然失去电压而迅速切断，不间断电源会立即通过逆变器直接转换为给频率转换器供电，从而保证频率转换器的正常运行。同时保护频率转换器的软和硬件设备免遭损坏，保证逆变器控制器的安全运行。而常见的低压变频器，大多属于从交流到直流再到交流的变频器，为保护电机，在母线电流相对较小的状态下，由于变频器自身的运行效率也相对较小，因此无法高效进行整个系统的保护工作。另外，在变频器运行过程中，相应的母线系统也要对其加以维护，在工作基础上，若是在具体测量的过程中，测量的结果低于一个固定的数值，变频器本身就会出现多种故障。现阶段，大多数变频器工作过程中，都会因为受到外部环境的影响或是其他方面的冲击，导致变频器的工作质量较低。另外，也因为变频器中的功率零件工作时间较短，电源电压通常都会受直接冲击的影响，而形成调停的情况。为合理地防止此类现象的产生，可根据有关规定，对由变频器所控制的设备时限加以延长，以减轻降压后对变频器设备所产生的直接冲击。在一般的工作循环下，供电如果发生电压降低或者瞬间中断等现象，就会直接产生系统内部的能量变化，必须采用逆变换的方法给变频器继续供电，以确保变频器维持正常的工作，同时又能有效地维护变频器相关设备没有遭到破坏，以保证变频器控制装置的平稳有序运转。在具体工作中，相关人员若是采用新型技术控制器设备，就必须注意降低系统响应速度，以有效进行对技术设备的调整与分析，加快设备综合管理，减少失压对设备的冲击和影响[9]。

相关人员可以在低压一侧集中添加上浪涌电压吸收装置，在现在的许多市场中都能够采购到装配在低压设备上的浪涌电压吸收装置。根据供电传输设备对电网负载降低范围，合理的调整欠电流整定值。在选用电机类型的同时，必须考虑其电机的驱动电源是采用外部电源和中间直流的联合电源，采用PWM整流器进行供电。针对几个核心的关键变频器，对这些功率设备的主控制回路电源和控制电源选择一个较小的关键设备和监控电源的新产品UPS，这些新产品也逐渐在各个企业都有所应用，而且效果很好。针对几个比较关键的重要装置，可通过动态电流补偿装置来对几个短时间内电流变化的装置实现有效的电流补偿，进而保护这些重要设备在短时间内依然能够进行正常运作，维持生产线，让厂商的损失尽量降低[10]。

综上所述，在工业生产过程中，相关人员需要根据电网电压波动对变频器的影响予以分析，并通过采取科学有效的措施对其不断完善，从而促进工业稳定发展。

推荐访问:变频器 电网 电压