变频器抗晃电的直流支撑技术研究

杨育峰

（陕西有色天宏瑞科硅材料有限责任公司，陕西 榆林 719000）

0 引 言

变频器的使用能够及时调节设备速度，满足企业生产过程中对调速控制的要求，但晃电等电能质量问题阻碍了变频器的正常运转，影响企业生产活动的效率，甚至造成生产停止。在变频器抗晃电措施中，直流支撑技术通过备用电源模块输出直流电压，由此确保变频器晃电时其直流母线电压不会下降，保障生产线的平稳运行。变频器抗晃电能够为生产活动提供稳定的电流，进一步保障变频器等电力设备的运行安全性，减少电能质量问题带来的经济损失，促进生产企业的持续性发展。通过研究变频器抗晃电的直流支撑技术方案，分析不同方案的优缺点，推动变频器抗晃电改造的创新性发展。

1 变频器的使用原理

变频器作为能够控制电机速度的电力设备，在连续型生产企业中得到了广泛应用。它通过改变自身电源频率来调节、控制电机转速，利用半导体器件的通断作用将电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电。变频器可通过电压或电流进行控制，通过改变输出电压大小调节电机转速，或者通过改变输出电流大小调节电机转矩，实现变频器的动态响应与速度控制。

随着工业自动化和智能制造的不断发展，变频器的重要性日益凸显。变频器作为一种关键的调速控制设备，能够精确控制机械设备的运行速度，提高生产效率和产品质量。变频器的节能降耗作用还为企业节约能源成本、降低环境污染做出了积极的贡献[1]。变频器的保护功能可以延长设备使用寿命，减少维修成本和停机时间。变频器的电网优化功能提高了电力系统的稳定性和可靠性，为社会经济的可持续发展提供了有力保障。

2 变频器抗晃电的重要作用

2.1 为生产活动提供稳定的电流

变频器抗晃电可以为生产活动提供更加稳定的电流。电网晃电是一种常见现象，会导致电压暂降或短时断电，影响电机和变频器的正常运行。变频器在运行过程中对电流的稳定性要求很高，如果受到电网晃电的影响，可能会导致变频器停机、设备故障或生产线停产等问题。采用特殊的电子和电力电子技术如直流支撑技术，可以减小电网晃电对电机和变频器的影响，从而为生产活动提供更加稳定的电流。通过充分发挥直流支撑技术的作用，即便出现晃电现象，也可保证变频器的正常使用，避免出现生产中断等重大问题。

2.2 保障电力设备的安全性

变频器抗晃电还可进一步保障电力设备的安全性。电网晃电可能导致电压暂降或短时断电，对电力设备造成一定的冲击和损害。尤其是对于变频器等精密度较高的电力电子设备，电网晃电对其安全运行的负面影响更显著。变频器抗晃电技术的应用能够有效减轻电网晃电对电力设备的影响，确保变频器能够在电网出现电压暂降或短时断电时快速响应，并采取相应的保护措施，如快速重启、故障检测与处理等。这些措施可以降低设备受到的冲击和损害，从而保障电力设备的安全运行[2]。

此外，变频器抗晃电技术的使用可以降低维修和更换设备的成本。由电网晃电引起的设备故障和损坏需要维修或更换，给企业带来额外的成本，而变频器抗晃电可以降低这类故障的发生率，从而降低维修和更换设备的成本，提高企业的经济效益。

3 变频器抗晃电的解决方案

3.1 动能缓冲技术

变频器的动能缓冲技术能够有效应对电压瞬间降低的问题。在电网电压瞬间降低时，为了抵抗变频器直流电压的降低，可利用负载电机中的动能，将这部分动能反馈到变频器的直流母线。但这种方法也存在一定的缺陷，其抗击低电压的时间相对较短，且与负载的特性有很大关联。动能缓冲技术只能在一定限度内尽量保障变频器母线电压值平稳，当电压值下降过多且超出动能缓冲功能的最大范围时，则无法维持变频器的有序运转，使变频器报欠压故障停机。待变频器母线电压值恢复正常后，才能重新启动变频器。因此，动能缓冲技术存在较大的局限性，无法切实有效地实现变频器抗晃电，给生产活动的持续性发展造成了一定阻碍。

3.2 直流支撑技术

变频器直流支撑技术通过在变频器直流母线中增加支撑电容，使变频器在电压暂降时能够保持稳定的直流电压。当电网电压出现暂降时，支撑电容可以向变频器提供所需的能量，从而保证变频器输出电压和频率的稳定性。由于变频器直流支撑技术较为复杂，对维护人员的技术水平要求较高，企业需要聘请具备专业知识和技能的维护人员，确保变频器系统的高效维护[3]。此外，变频器直流支撑技术可能会与一些特定的设备或系统存在兼容性问题，需要进行相应的测试和调整。

4 变频器抗晃电的直流支撑技术路线

4.1 Boost 技术

基于Boost 技术的蓄电池组输出处理模块主要包括电池组、充电器、Boost 升压模块以及监控单元。当变频器出现晃电时，蓄电池组可通过Boost 模块来实现直流升压，将电压传输到变频器中，避免因晃电出现电压下降的问题，影响变频器的正常运行。虽然使用多节蓄电池串联也可实现变频器支撑，但是Boost技术方案能够通过Boost升压模块直接引入电流，因此对于大多数不需要持续性支撑的场合，可以仅采用少量的蓄电池组来实现变频器抗晃电，保证变频器的正常使用，达到节约成本的目的[4]。

Boost 技术方案易于实施，并且在实现变压的过程中不使用常规的工频变压器，可以缩小系统的体积。然而，由于电路的拓扑特性，负载无法将电能反馈给电源，因此电能只能实现单向流动，存在一定的局限性。需要注意，在变频器的并联方式下，由于直流波纹较大，容易造成变频器的环流，难以充分发挥Boost 技术方案的使用效率。

4.2 高频变压技术

高频变压技术方案与Boost 技术方案类似，只是将Boost 升压模块更换为高频变压模块。通过全桥脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）逆变器将蓄电池的输出转换为高频交流电，然后经过变压器整流后再进行整流输出。该方案采用高频变压器实现了一次电源和二次电源的电气隔离，使其能够稳定运行。全桥变换器中的变压器在正负半周内都能实现电能的转移。其整流电路有全波整流电路、全桥整流电路以及双相整流电路等。

此外，高频链逆变器具有电路拓扑可调、结构紧凑、功率密度高、效率高以及响应速度快等优点，可以通过特殊的设计实现能量双向流通。高频变压技术方案滤波比较简单，能够有效满足变频器的调速和运行需要。

4.3 晶闸管技术

晶闸管技术方案中，系统主要由电池组、充电器、压差控制器以及电子开关等构成。技术人员无须对蓄电池组的输出电压进行处理，而是直接将多个蓄电池直接串联，以加大蓄电池的输出，使其达到变频器直流母线所需的电压。晶闸管技术方案具有更简单的拓扑结构，因此在理论上具有更高的可靠性与可实施性。在控制系统中，利用压差控制器来监测变频器母线电压的变化，能够更加及时地切换电池组。直流压差控制器能够实时监控变频器母线电压的变化，并将其与给定的电压值进行对比。当压力差达到某一数值时，便可自动识别出现变频器晃电现象，并且控制装置将一个信号发送给电子开关组件，从而使该开关接通。然而晶闸管技术方案中的电池组是将多个蓄电池串联，以获得一定的电压，该特点在低功耗变频调速装置防晃电改造中体现得更为突出。在使用晶闸管技术方案时，可通过优化控制算法，加快变频器的响应速度，减小电压波动和电流冲击，还可利用预测算法预测电压和电流的变化趋势，提前调整控制策略，降低晃电对变频器的影响。在设计晶闸管技术方案时，需要将晶闸管安装于散热性能良好的位置，并采取风冷、液冷等冷却措施，确保晶闸管在工作过程中保持较低的温度，以此来保证晶闸管技术的抗晃电效果。

此外，技术人员还可将晶闸管与其他电路元件合理集成，确保整个系统的协调性和稳定性，并通过优化系统参数和控制策略，提高变频器的抗晃电能力和整体性能。

在应用晶闸管技术方案时，还应做好安全防护措施，采取电磁兼容设计措施，有效降低外界电磁干扰对变频器的影响，并在关键部位设置安全防护装置，如防护罩、安全开关等，确保设备和人员的安全。通过晶闸管技术方案的实施，可有效提高变频器的抗晃电能力，确保其在各种恶劣环境下稳定运行。

此方案对蓄电池的消耗较多，在一定程度上会增加变频器抗晃电成本，降低企业的经济效益。蓄电池数量的增加会导致蓄电池组的故障概率变大，难以保证变频器抗晃电技术的稳定性与可靠性。对于应用这种设计方法的变频调速系统，其直流纹波很大，多个变频调速系统在并联运行时容易产生环流，影响变频器的有序使用。

5 结 论

文章通过分析变频器抗晃电的3 种直流支撑技术方案，发现高频变压技术在变频器抗晃电中应用具有优良的使用功能，能够有效为企业生产活动提供稳定的电流，保障电力设备的安全性，推动变频器抗晃电改造质量的进一步提升。