浅析电压波动对低压变频器影响及应对措施

浅析电压波动对低压变频器影响及应对措施

陈勇 

莱芜钢铁集团银山型钢有限公司板带厂  250013

摘要：电压波动对变频器工作有重要影响，然而由于种种原因，电压波动不可避免。本文说明了常见的电压波动原因，如电力系统波动、雷雨天气，负载突变等。结合电压波动对变频器造成的影响，从过电压和失电压两方面分别入手，提出了利用变频器自身功能和添加外部元器件等办法来解决电压波动对变频器的影响。

关键词：低压波动；低压变频器；直流母线

工业自动化时代，不管是在机械生产制造业还是石油化工企业变频器都有广阔的应用空间。变频器能够实现电机的软启动、改变功率因数、改变频率、调节转速、提高运转精度等功能。变频器的正常运行需要一个稳定的电力系统，然而在实际生产中，电压波动是不可避免的。为了确保变频器正常运行，不得不了解电压波动的原因，以便找到应对办法。

一、产生电压波动的原因

变频器在实际运作过程中，难免总会受到各种各样因素的影响。在电力系统的运行中，受雷击、电网内部短路、外部短路和大型机械设备启动等因素的干扰，都会使电压瞬时大幅度下降或短时期内突然断电又突然自动恢复，这种情况就是所说的电压瞬时波动。电压波动必须是要有一个稳定的电压系统作为支撑的，如果电压系统不稳定，就会导致变频器运行故障，稍不注意就有可能造成安全事故。通常影响电压波动的因素有以下几种：

（1）受天气变化影响，夏天是雷雨多发时节，雷阵雨天气会造成供电系统过电压，相关避雷设备在运行时也会使电压在短期时间内突然下降，干扰了变频器正常工作。

（2）大型负载的突然启动和停止也会对电压造成波动，因为大型设备功率过大，突然启动时的电流会过于超出正常电流的份额，直接导致供电系统电压瞬间下降，影响变频器正常运作。

（3）用电设备因为老化或出现故障，就会出现突然断路的状况，从而造成供电系统突然跳闸，系统中的相关保护装置就会立马断掉相应地区的供电。断电供电之后，该地区负载就处于瞬时失电的状态，导致了供电系统电压瞬时波动，进而影响到变频器的工作。

二、电压波动对低频变压器的影响

（1）欠电压对低压变频器的影响

电压瞬时波动会造成低压变频器在运行状态中由于欠电压保护动作而发生跳闸，影响其他设备的正常运行。在变频器的运行过程中，有一些具有抗过载能力的器件，比如IGBT、GTO、IGCT等，这些器件因具备一定的抗过载能力，而可以让变频器在欠电压状态的短时间内维持正常运作，但如果欠电压时间过长，就会造成变频器运行异常，并使电子器件使用寿命减短。

（2）电压畸变对低压变频器的影响

在电力系统中，使用大型整流设备通常会导致供电系统电压发生畸变。电流和电压都出现大幅度波动，也使得电器电力输出的电压产生异常变化。低压变频器在整个整流逆变过程中，畸变的电压会造成变频器中的可控硅产生触发异常，变频器本身也无法再对触发角进行检测，供电系统就会因处于自动保护状态而自动停机。

（3）电压偏移对低压变频器的影响

在电力系统中，经常出现的一个问题就是电压出现偏移，主要就是电压的波动震荡呈现一个周期性，波动范围也大多在百分之五以上，当变频器的电压偏移范围超出了标准规定数值时，供电系统的滤波装置中的保护设备就会马上自动切断电源，造成变频器运行停机。

（4）电压闪变对低压变频器的影响

供电系统中的负载产生大幅度变化波动，就会引起电压闪变，如果相应的电力系统没有足够大的容量，就不足以支撑维持电压闪变的稳定。电压闪变对变频器的干扰影响作用非常大，只要电压瞬时失电，哪怕只有极短暂的0.01秒，也会造成变频器马上进入自动保护停机状态。这时变频器对一切相关电信号都再无法检测到，可控硅也自动切断，整个系统就处在了自动关机的状态中。

（5）电网频率产生偏移对变压器的影响

电网输出频率产生的偏移，主要是由系统电源处在不平衡状态以及系统功率不稳定而引起的，以0.5%为临界点，当电网输出频率偏移程度到达这个数值时，就会使整个电网处于极大的不稳定状态。电网的频率发生偏移，会给系统的其他设备功能也造成影响，比如局部系统的有功功率会缺失，导致局部系统的频率下降，必要时会自动切断负载，但这样的后果是又造成了系统电压产生偏移，因此电网频率产生偏移是一个连锁过程，对整个电力系统的影响非常大，一环扣一环，程序比较复杂。在电网系统频率发生偏移后，变频器由于电压频率过低会自动发出警报，并自动停止运行，处于停机状态以进行自我装置保护。

三、对电压波动影响低压变频器的应对措施

（1）利用动能缓冲功能的基本原理和相关参数的设定

电网瞬间断电后，电力系统的相关用电设备还处于惯性运动状态，电机主要是负载，没有接通电源时，电机运转处于发电状态中。以0.1s为临界点，在0.1s时间之下变频及照样正常运行，但电网断电时间在0.1s之上，变频器就会自动停机，处于自我保护状态。在这种情况下，最合理的应对措施就是把低压变频器的内部系统进行相关操作处理，利用动能缓冲功能的原理，把运转中的电机当作发电机使用，来为变频器提供充足的电能，这样的举措可以保证变频器维持一段时间的正常运行。

当供电系统处在瞬间失压状态中时，其中的母线正常电压UN就会开始逐渐下降，下降到变频器系统动能缓冲功能时，就会激活阈值电压UKIBON。随着变频器输出频率的降低，其内部的母线电压改变为从输出端得到，再通过电机的动能返回给直流母线，这样就能够维持变频器控制系统的基本运行。

（2）利用柔性响应的工作原理和相关参数设定

供电系统的电压出现下降时，可以采取降低输出电压的方法，来维持变频器的正常运行工作状态。激活变频器的柔性响应功能，可以在合理范围内控制住电压的调节深度，通过柔性响应调节器FLR来控制U/F常数，通过降低变频器输出频率F来降低输出电压U，在变频器系统内部的整体操控下，在柔性响应方面有最小输出电压UFLRMIN，以这个最小数值为标准，在电源一直通电的状态下，变频器就可以把其作为常态输出电压。除此之外柔性响应还有一个阈值电压，当电源电压降低到这个阈值时，就会启动柔性响应。

（3）设置变频器的二次启动功能，避免低压变频器因一直处于低电压状态而停机

大多数大型用电设备因为本身功率过大，在启动使用时都会需要非常大启动电压，否则就不能正常启动，但这种状况通常都使整个电网处于瞬间失压状态，变频器往往因为突然失压而自动停机，直接导致电网负载功能极度不稳定而停机。因此面对这种状况可以设置再次启动功能，在设备断电后，通过相关机械装置切断设备电源，再启动变频器，避免变频器长期失压而停机。

四、结语

在工厂生产中，离不开变频器的正常运作，因此努力提高变频器的工作稳定性很重要，就需要采取有效措施解决变频器容易受电压瞬时波动的干扰和影响产生的弊病。本文通过分析，可知对解决电压瞬时波动实施合理方案，就可以有效控制变频器的稳定性。

参考文献：

[1]孙茂祥.变频器原理图的改进与增加抗晃电功能的研究[J].科技传播,2014,15:69+68.

[2]马国兴.电压瞬时波动对低压变频器的影响及应对措施[J].电世界,2014,08:48-51.

[3]姜忠山,闫红广,郭鹏.变频器抗“晃电”的直流支撑技术概述[J].电子设计工程,2015,04:21-23.

[4]吴跨宇，黄晓明，卢岑岑等.低压变频器辅助电压穿越方案分析[J].浙江电力，2015，（10）：6-11.

[5]司雪楠.通用低压变频器的设计与实现[D].华东理工大学，2015.