造成中间直流回路过电压的原因主要来自两方面。
(1)电源输入侧过电压。以西门子S120为例,整流单元进线电源一般为380 V、误差不超过10%。变频器直流电压为三相桥式全波整流的平均值,BLM整流模块输出平均约560 V,峰值不超过600 V。个别电源线电压达460 V时峰值仍不超过650 V,并不算高,故一般进线电源不致引起过压;仅在电源输入侧出现强电压冲击(如雷击等强电磁干扰)时才可能导致,但不多见。
(2)负载侧再生过电压。变频器过压主要来自负载侧。当电机带动大负载减速而过减速斜坡时间设置过短时,变频器输出频率下降得较快,而负载因惯性难以同步降速——电机实际转速高于变频器设定转速,转子转速超过同步转速,转差率为负,转子绕组切割旋转磁场的方向与正常运行相反,电磁转矩成为阻碍旋转的制动转矩,电机处于发电状态。负载动能被“再生”为电能,经逆变环节向直流储能电容充电,使直流母线电压上升,即为再生过电压。变频器与电机本身具有一定消耗能力,可吸收部分再生能量;当再生能量超过其能耗范围时,直流储能电容过度充电,保护功能动作、变频器停机。
过电压预防措施:
(1)能量消耗法:在变频器直流回路并联制动电阻,实时检测直流母线电压并设阈值控制晶体管通断。母线电压升至阈值时晶体管导通,将再生能量在电阻上以热能方式消耗,防止电压上升。该方法属能量消耗型,能量消耗于电机之外的制动电阻,不会致电机过热,可重复使用。西门子S120的BLM整流单元可配置制动单元并联制动电阻:母线电压升至720 V时制动单元导通,将多余能量泄放至制动电阻。
(2)能量回馈法:一些整流单元进线侧变流器可逆,产生再生能量时回馈给进线电网,使能量得到完全利用。西门子S120的SLM电源模块具备电网回馈能力:负载制动使母线电压升高时,SLM将多余能量自动回馈电网,使母线电压维持正常。此法对电源稳定性要求较高。
(3)激活直流母线控制器:变频器控制单元通过内部PID算法,以保持直流侧电压不过高为目的自行给出频率。当电机转速降低且直流侧电压降到设定限值以内后,继续按减速斜坡减速;若直流侧电压再次过高则控制器再次动作。S120激活方法是将参数P1200设为1(激活母线电压最大控制器)。此法适用于负载转动惯量造成的过压,因在控制上没有受控减速,有一定局限性。