变频器抗电源电压波动的应用

变频器抗电源电压晃动的应用
摘要：电网电压不稳定、短路故障、感应电机启动和雷击所引起的电压暂降对变频器的稳定运行带来很大的不确定性。

由于电网电压暂降，变频器会低电压报警跳停。

为保证变频器在电压波动的情况下的稳定运行，可以对变频器直流母线外加直流电压，在电压暂降期间以稳定变频器的直流电压，使变频器能安全稳定运行。

关键词：变频器、电压、电池
0 前言
随着变频器广泛应用到聚酯及纺丝生产装置中，变频器在整个聚酯装置中的突出作用也越来越大。

但变频器的正常运行受雷暴天气及电网电压波动的影响很大，特别是一些关键的生产装置，变频器非正常稳定运行对整个聚酯生产装置的影响非常大，有时的影响是致命的。

如我公司聚酯终缩聚搅拌器、聚酯熔体出料泵、纺丝熔体增压泵等设备跳停将直接导致聚酯熔体的降等隔料、纺丝生产的断头，更为严重的是非正常跳停容易造成生产装置的设备故障，如聚酯熔体出料泵、纺丝增压泵的卡死以及相关减速箱的打坏等，每一次的影响对于生产造成的损失是巨大的，甚至是致命的。

为保证变频器在各种瞬时电压波动期间安全稳定的运行，我们可以在变频器的直流母线上外加直流电源，在供电电压瞬时波动期间瞬时给变频器补充外加电源能量，以保证变频器正常供电需求。

1 电网电压晃动的各种因素
当输配电系统中发生短路故障、感应电机启动、雷击、开关操作、变频器以及电容组的投切等事件时，均可引起电压暂降。

其中，短路故障、感应电机启动和雷击是引起电压暂降的主要原因。

雷击时造成的绝缘子闪络或对地放电会使保护装置动作，从而导致供电电压暂降。

这种暂降影响范
围大，持续时间一般超过100ms。

电机全电压启动时，需要从电源汲取的电流值为满负荷时的500%～800%，这一大电流流过系统阻抗时，将会引起电压突然下降。

短路故障可能会引起系统远
端供电电压较为严重的跌落，影响工业生产过程中对电压敏感的电气设备的正常工作，甚至造成严重的经济损失。

保护装置切除故障、误动以及运行人员误操作等均可引起供电中断。

当保护装置跳闸切断给某一用户供电的线路时，该供电线路上将出现电压中断。

这种情况一般仅在该线路上发生故障时才会出现，而相邻的非故障线路上都将发生不同程度的电压暂降。

2 变频调速系统的原理及对电网质量的要求
随着电力电子技术的发展,变频器以其优良的调速性能和显著的节能效果,越来越被更多的现代化企业所采用,。

但由于一些企业的电网电压不稳定，导致变频器在使用中产生了新的问题—变频器低压跳闸。

低电压通常都是短时的,对传统的控制系统影响较小，而对变频器则会产生低压跳闸导致电机停止，影响生产，尤其对一些关键电机影响尤为严重。

每次由于电网晃电，关键电机变频低压跳闸造成的非计划停机，都会给企业造成很大的经济损失，少则几十万，多则几百万。

解决该问题的关键就是如何使变频器在瞬时低电压时仍能正常工作。

我们根据变频器的工作原理，采用直流支撑技术(在变频器直流侧加不间断直流电源提高变频器的低电压跨越能力)来解决目前工厂存在的问题。

变频器是由整流器和逆变器两部分组成。

通过对变频器的研究，变频器低电压指其中间直流回路低电压(即逆变器输入电压过低)。

一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能。

变频器的逆变器件为GTR时，一旦失压或停电，控制电路将停止向驱动电路输出信号，使驱动电路和GTR 全部停止工作，电动机将处于自由制动状态。

逆变器件为IGBT时，在失压或停电后，将允许变频器继续工作一个短时间td，若失压或停电时间to＜td，变频器将平稳过度运行；若失压或停电时间to＞td ，变频器自我保护停止运行。

一般td都在15～25ms,只要电源“晃电”较为强烈，to都在几秒钟以上，变频器自我保护停止运行，使电动机停止运行。

3系统组成
系统由储能单元、充电器、压差控制电子开关、母线保护器、监控单元（包含单只电池检测）、稳压电源、执行单元和监测软件等组成
3.1 储能单元：由若干DC12V瞬时放电电流大的直流电池组组成。

3.2 充电器：是AC380V整流为DC12V的充电装置，同时具有稳压功能。

3.3 压差控制电子开关：是检测变频器直流母线电压的变化压差。

当变频器因电网电压波动导致直流母线电压下降时，瞬时检测电压下降的压差，当压差大于设定的压差时，电子开关导通，为变频器提供能量补充，当压差小于设定压差时，电子开关截止，变频器的直流母线恢复正常变频器供电。

3.4 母线保护器：母线保护器是变频器的直流母线电流只能由变频器的抗电压晃动系统流向变频器的直流母线，而不能反向。

以保护变频器。

3.5 监控单元（包含单只电池检测）、稳压电源、执行单元和监测软件：主要是对电池进行检测，以防止个别电池电压过低。

同时对系统的放电情况及系统故障进行统计。

4 系统工作原理
4.1 单台电机工作原理图
4.2 设备逻辑控制图变频器抗晃电系统
变频器
执行
单元
监控
单元
M
4.2.1 变频器启动、停止控制逻辑
根据变频器的原理，变频器在交流供电或直流供电正常情况下在接受到启动接点指
令后，即可投入运行。

在变频器正常运行后有一反映变频器运行状态的接点信号闭合。

变频器运行调速指令由DCS 或PLC 送来的4－20mA 模拟信号实现。

4.2.2 变频器抗晃动系统与变频器的逻辑配合
该系统的控制逻辑
a 控制单元输入信号：变频器运行状态接点信号
b 母线电压正常条件下直流支撑系统投入过程
变频器电源端送入正常电压，变频器受电，内部CPU 准备运行；控制设备，DCS 或PLC 或控制继电器送来启动运行指令。

电机按模拟控制4－20mA 电流决定变频器拖动电机的运行转速；等到系统正常运行后变频器状态接点闭合。

C 变频器电源失电或直流母线电压降低到设定阀值，变频器抗晃动系统系统给变频器直流母线供电，此过程变频器运行不间断。

d 变频器电源供电恢复时其直流环节的电压应立刻上升；变频器抗晃动系统撤出对变频器的供电,变频器转为交流电源供电。

4.2.3 系统安全性
1）变频器抗晃动系统系统与变频器组成的电机不停电系统具有可靠的系统安全性。

该供电系统与变频器是分布式结构，该供电系统应用后完全不影响原有变频器的使用方式及性能，在母线电压正常时该系统仅作为后备电源。

这时候变频器抗晃动系统系统的退出，投入不会对原变频器产生任何影响。

2）该系统与变频器之间有十分可靠的隔离保护设计，当一台变频器出现故障，不会影响其它变频器正常运行。

3）在检测维修时，每回路直流支撑系统均可单独与母线分离，以便于维修。

4）监控单元上备有保护变频器母线电压晃电、失电、充电的实时记录，运行工程师可在事后在监控单元上查询记录。

4.4 设备功能要求
1）当变频器交流进线电源故障（失压或短时停电）时，变频器在该系统保护下，在设计时间内（30S）连续正常运转。

2）变频器抗晃动系统后备工作，变频器供电电源由交流三相380V转至直流供电时无间断。

3）电池组的备用时间根据设计，不少于30S。

4）在电池组放电过程中,若三相电源恢复正常,则变频器供电自动切换至三相380V交流电源。

5）具备系统自诊断及故障显示功能，并具有声光报警功能。

6）为延长蓄电池的使用寿命,充电系统具备“均充”与“浮充”功能，且能自动转换。

均充电压应达到560V，浮充电压应达到530V。

在正常操作期间，电池应处于浮充状态。

我公司地处沿海地带，每年的台风和雷暴天气少则八九次，多则十多次，每次都给公司聚酯生产装置造成很大影响，造成大量的降等排废，经济损失巨大。

通过对主要变频器抗电源电压晃动的技术改造，基本达到了预期的效果，主要变频器已基本不受电网电压晃动的影响，极大的提高了整个聚酯生产装置的稳定性，也为公司挽回了巨大的经济损失，经济效益明显。