变频器直流过压报警分析及解决

李辉　温子胜　蒋皓洋　吴正国

摘要：在化工厂循环水冷却系统中，凉水塔冷却风扇由大功率变频电动机驱动。当电动机停车或者遭遇电网波动晃电情况时，变频器电源消失并停止输出，凉水塔冷却风扇由于惯性继续转动，此时冷却风扇通过传动装置带动驱动电动机处于发电状态，驱动电动机将反馈电传输到变频器上，经过变频器的逆变回路造成变频器直流回路过压报警。这种非正常的反馈电必将对变频器中的元器件造成冲击，可能减少变频器寿命或者损坏变频器。因此，消除变频器直流过压这一情况出现的分析和解决势在必行。

关键词：变频器；直流过压；惯性负载；故障

0 引言

化工厂循环水冷却系统主要由循环水泵、凉水塔、冷却风扇、各种管线组成，而循环水泵和凉水塔冷却风扇则由大功率电动机和变频电动机驱动。当电动机停车或者遭遇电网晃电情况时，循环水泵和凉水塔冷却风扇由于惯性继续转动，循环水电动机中压斷路器断开，同时驱动冷却风扇运行的电动机变频器停止输出。此时循环水泵和冷却风扇通过传动装置带动驱动电动机处于发电状态（循环水电动机中压断路器已经断开，在此不作分析），驱动电动机将反馈电传输到变频器上，经过变频器的逆变回路造成变频器直流回路过压报警。在正常的生产运行过程中，该情况多次出现。这种非正常的反馈电必将对变频器中的元器件造成冲击，可能减少变频器寿命或者损坏变频器。

1 变频器直流过压报警原理分析

电动机在正常运行中将电能转化为机械能输出，当电动机电源消失（电网波动晃电和正常停机都会导致电源消失），电动机自身转速下降很快，但是其所带负载惯性很大，转速下降很慢的情况下，负载反过来会带动电动机转子旋转。此时，电动机就变成了发电机，向变频器反馈电能。

电动机发出的三相交流电通过变频器的逆变桥回路整流，转换成直流电加在变频器直流母线上，当直流母线电压升高到变频器报警设定值时，将造成变频器报警甚至过电压跳闸。

2 解决方法及改造方案

2.1 结合现场实际设置、调整变频器控制参数中频率下降延时的时间：

查阅变频器操作手册后得知变频器控制参数207为输出频率下降时间，参数值范围为1～3600sec，对凉水塔冷却风扇惯性停止的时间统计后确定惯性停车时间为8min，因此，结合实际设置变频器控制参数207为480sec。

2.2 考虑到变频器频率下降延时在电网晃电、电源消失的情况下失去作用，无法配合大惯量负载惯性停机的负载特性曲线，因此，结合实际设置变频器频率下降延时控制参数的方法无法应对此种情况。

2.3 变频器直流回路中增加制动电阻：

查阅变频器操作手册得知可以通过在变频器直流回路中增加制动电阻（Brake resistor）的方法消耗直流母线中回馈的电能，限制和降低直流母线电压。查看现场变频器上有“R+”和“R-”两个接线端子，可以外接制动电阻。

外接制动电阻有很多优点：制动能量在变频器以外得以消耗，且当制动电阻过载时，其发热状况不会影响变频器内部的电路板和元器件；但是在变频器直流回路中增加制动电阻必须对现场实际深入了解并结合操作手册公式仔细计算，选择电压等级及阻值合适的制动电阻。否则，一旦制动电阻选择不合适，制动电阻制动能力不够也会造成变频器直流母线电压过高而报警甚至跳闸。

2.4 改造电动机电气一次回路：

改造电动机一次回路中接触器的位置，将原来（主电源—接触器—变频器—电动机—惯性负载）的接线方式更改为（主电源—变频器—接触器—电动机—惯性负载）的接线方式；或者增加接触器，将原来（主电源—变频器—电动机—惯性负载）的接线方式更改为（主电源—变频器—接触器—电动机—惯性负载）的接线方式。

根据设计和变频器尺寸的不同，变频器控制柜大致分为两种：

第一种是变频器和一次回路、二次回路的元器件及线路安装在同一个控制柜中。该情况适用于变频器比较小，电动机功率不大的场合。此类控制柜中元器件安装紧密，额外的空间很少，改造工作受空间限制较多，但是由于电动机功率不大，电气一次回路中的接线截面也不大，重新布线也相对容易。

当电动机功率很大（凉水塔冷却风扇的驱动电动机功率200kw），电气一次回路中断路器、接触器尺寸将增加，接线截面将增加，或者变频器尺寸过大时，变频器和电气一次回路中的断路器、接触器并不处于同一个控制柜中。此类控制柜中额外空间较多，但是电气一次回路接线截面太大，重新布线、接线很困难。

3 采用的方案及效果

结合我厂现场实际，勘察变频器控制柜空间、电气一次回路接线等情况后，本着减少改造工作量、加快改造时间、提高工作效率、保证设备改造后安全可靠运行等原则，电气技术人员对变频器控制参数中频率下降延时的时间进行了重新设置和调整。

虽然变频器频率下降延时在电网晃电、电源消失的情况下失去作用，无法配合大惯量负载惯性停机的负载特性曲线，但是考虑到电网波动情况很少发生，变频器直流回路中暂时没有增加制动电阻。

变频器控制参数中频率下降延时的时间进行重新设置和调整后，频率下降曲线与大惯量负载惯性停机的负载特性曲线配合良好，除一年中个别两次电网波动晃电的情况之外，变频器因直流母线电压过高而报警甚至跳闸的情况基本不再发生。

4 结论

我们从中了解到大惯性负载驱动电动机将反馈电传输到变频器上，经过变频器的逆变回路造成变频器直流回路过压报警，对变频器中的元器件造成冲击，可能减少变频器寿命或者损坏变频器，此类情况对变频器的正常运行影响很大。通过不同的方法可以解决这一问题，保证变频器能够正常使用，为企业节省资金并提高经济效益。以上就是我厂一例变频器直流回路过压报警及改造实例，希望能为其他变频器的运行和维护提供一定的参考作用。

参考文献：

[1]Danfoss VLT8000操作手册

[2]Danfoss VLT5000操作手册

[3]Danfoss VLT Automation Drive FC300操作手册

[4]王兆义，《变频器应用故障200例》，北京：机械工业出版社，2013年2月

作者简介：

李辉，男，本科，新疆独山子石化公司乙烯厂电气车间高级工程师，主要从事工厂电气设备试验、维护、检修工作。