电网电压波动对变频器的危害及其解决措施

张彤

【摘 要】工业作为我国国民经济发展中的一个重要的组成部分，节能与设备使用寿命也是经济效益的重要体现。国内的绝大多数风机水泵类负载都配备了变频器，根据现场工作的需要调节电机转速以达到节能的目的。为延长电机使用寿命，需要由变频器调速启停。但电网的电压波动会使变频器出现过电流或者过电压报警跳闸，本文就针对电网电压波动对变频器的危害及其解决措施进行简单的分析与研究，以供参考。

【关键词】欠电压；过电压；变频器

中图分类号： TM921.51 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）30-0256-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.115

电网电压波动主要是由具有冲击性的功率负荷引起的，并且由于整个工业供电系统短路以及负载启停冲击都很容易造成电网电压出现瞬时变化。可能会触发变频器保护报警功能，如过流、过压、过载保护等等，一旦不能及时发现，会发生事故，严重影响生产，后果不堪设想。探究引起电压波动的原因，针对变频器工作原理制定相应的预防措施，以减轻电网电压波动对变频器的影响，对于保证工业安全生产十分重要。

1 电压波动对变频器的影响

电压波动是指电网电压有效值（方均根值）的快速变动。供电系统电压瞬时波动的主要原因是：（1）电网受到雷击引起的电压瞬时变化。在每年夏季雷雨高发时，高压电网被雷击中，高压侧避雷器动作，向大地释放大量的雷击电流，引起电压突降。（2）挂网设备发生故障导致电压短时波动。当电网线路挂网用户发生故障（如发生相间短路）时，变电站保护装置动作，处于相同变电站的用户电压就会发生瞬时变化，通常会表现为电压瞬时降低。由于电网电压波动通常都是短时出现，以往电控维护人员在电压稳定之后通过手动对变频器进行复位，即可解决此类问题。但是由于部分工业负载类设备较多及供暖行业换热站数量多且分散，对变频器进行逐个复位消耗时间过长。变频器过电压、欠电压只能手动复位的局限性仍大大降低了工作效率，影响居民供暖。

（一）过电压对变频器的影响

变频器的主电路是由整流电路、直流中间电路、逆变电路和辅助电路组成。整流電路是把交流电能转换为直流电能的电路，电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种。逆变电路是与整流电路相对应，把直流电变成交流电称为逆变。逆变电路可用于构成各种交流电源，在工业中得到广泛应用。变频调速装置一般是均采用交—直—交电压模式。三相电源经过整流器得到直流电，通过直流母线向逆变器供电。变频器过电压指的是中间直流回路电压达到危险程度，造成的危害主要表现为以下三点：一是随着电网电压升高电机铁芯磁通随之增高，甚至形成磁路饱和，导致励磁电流随之升高，进一步引起电机温度升高甚至超温，导致电机损坏或报废；二是中间直流回路电压随着电网电压升高而升高，输入至至电机侧的电压脉冲幅度变大，烧坏电机绝缘；三是导致中间直流回路滤波器电容瞬间充满，超出容量限制，甚至会导致电容器爆裂。当出现过电压情况时，变频器会启动过电压报警，停止运行以保护内部电路不受损坏。

（二）欠电压对变频器的影响

变频器中的众多功率性的器件可以承受小幅度的电压变化，接入的电网电压瞬时，小幅度降低时，不会对功率器件造成太大影响。为了保护变频器，在母线电压持续过低时，达不到开关电源起振工作要求，变频器控制电源无输出，造成控制系统无秩序运转，功率器件无法关断，损坏变频器。

由于电网电压波动通常都是短时出现，以往电控维护人员在电压稳定之后通过手动对变频器进行复位，即可解决此类为题，但是由于部分工业及供暖行业换热站数量多且分散。对变频器进行逐个复位消耗时间过长。变频器过电压、欠电压只能手动复位的局限性仍大大降低了工作效率，影响居民供暖。

2 预防电压波动对变频器危害的措施

（一）过电压

电源输入测的过电压主要是指电源侧的冲击过电压，如雷击引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压等，主要特点是电压变化率dv/dt和幅值都很大。

（1）装设浪涌吸收装置或者串联电抗器吸收多余能量

针对雷电、电网闪电造成的影响以及补偿电容瞬间放电是造成变频器过电压的主要原因。对此可以通过浪涌能量吸收装置或者串联电抗器吸收多余能量。当电路中的瞬时电压超过触发电压时，电路导通或击穿，对地泻放短时强电流，从而保护设备元件。

（2）调整变频器参数

如果生产工艺中对电机降速时间没有要求，可以手动更改电机减速时间参数，在保证不引起超电压的前提条件下，避免出现负载减速太快情况。如果负载减速时间收到生产工艺流程的制约，为预防变频器在减速时间内出现过电压跳停，可降低变频器的频率值，通过降低频率控制降低设备运行速度。

（3）在储能元件两端并联负载

一般是在储能元件两端并联负载，实时监测变频器在正产运行状态下的直流母线电压，并设置导通临界值来控制功率管的导通关断。在直流母线电压达到的临界值时，功率管导通，通过并联负载消耗多余能量，从而控制直流电压继续升高。由于多余能量没能反馈至电路中得以利用，因此属于能量消耗型。因为能量消耗于并联的附加电阻上，并不会导致电机发热，因此可重复使用。这个电阻叫泄放电阻，也可以是二极管、小灯泡等电路元件。市面上小功率变频器均在中间直流回路中安装了控制单元与泄放电阻，而大功率的变频器应该根据工艺需要增加泄放电阻为中间直流回路提供释放多余的能量提供通道，从而消耗过电压造成的多余能量。

（4）能量回馈法

解决电压输入侧超压的另一思路是装设逆变电路将产生的再生能量反馈进入电网。以SINAMICS S120系列变频器为例，设计的SLM电源模块就具备将多余能量反馈至电网的能力。维持母线电压在一个正常的范围内波动，但是这种方法要求电源的稳定性较高，如果出现电源电压突增，仍会有变频器损坏的风险。

（5）在中间直流回路中增加电容

根据变频器所带泵机功率大小并且检测中间直流回路中的电流、电压值，并在其中串联合适的电容，储存多余的能量，可以提升回路承受过电压的能力，也可选用较大容量的变频器应对电网电压瞬时升高，但是要考虑变频器所带泵机的功率，以防造成资金上的浪费。

（6）降低工频电源电压

变频器电源侧常安装三相不可控桥式整流器，中间直流回路产生的电压会随着电网电压升高而升高。如不采取跳闸保护将烧毁变频器。如果变频器安装位置比较接近变压器时，输入端电压将远大于380V，中间直流回路承受电压将会更高。因此，可利用变压器改变绕组分接连接位置的调压装置调至低压档来降低电网电压来控制中间直流回路电压升高。

（7）多台变频器共用直流母线

采用此方法，在一些处于停止状态下的设备如果短时停电，对电网是没有冲击的，所以瞬间停电干扰对设备的影响不是很大。电机制动时回馈的能量可以被利用，所以比较节能。而因能够回馈能量的电机无功功率損失较小，所以以此方法还可以可以提高设备的功率因数。而且多台变频器共用直流母线可以稳定直流母线电压，减小因设备启停造成的电网电压波动。

（8）通过控制系统功能优势解决变频器过电压问题

变频器一般依靠控制系统减速和控制负载突降。因此，利用控制工艺流程可以提前控制变频器，减小因此造成的电压波动，降低再生能量反馈进入中间直流回路。如果生产工艺流程要求负载规律性突降，可以依靠SCADA控制系统，适当改变变频器运行频率，减少泵机侧多余的能量进入变频器中的铜牌母线。

（二）欠电压

在正产工业生产中会防止电源失电造成控制系统跳闸加装UPS。同样可以通过在变频器前加装蓄电池，利用其零点切换功能在电网欠电压时对变频器进行供电。当电网电压一旦过低，UPS立即将利用电池内的电能向变频器供电，保证变频器继续正常工作，保护变频器内软、硬件不受损坏。保障正产的工业需要。

3 结语

总而言之，在工业生产的运行过程中，变频器的应用十分广泛，保证变频器运行安全稳定并且尽可能的延长变频器的使用寿命十分重要，因此，对电压稳定性的要求非常苛刻。在技术高度发展的今天，虽然电网的运行越来越稳定，但为了保障工业生产与降低维护人员的工作强度。只有掌握了变频器受电网波动影响的预防措施，及时将各种隐患消灭在萌芽状态，才能使它真正稳定运行，对能源节约与设备设施的安全发挥应有的作用。

【参考文献】

[1]赵小平，蒙宏利.在线化学仪表的运行维护与管理[J].科学之友，2012，No.49803：6-7.

[2]林义.关于电厂在线化学仪表检修维护工作的探讨[J]. 科学之友，2011，No.49223：56-57.