变频器应用中的几个问题（下）

如果有若干个电源并联后共同供电，如图7(a)所示，各电源的外特性分别如图7(b)中之曲线①、②、③。因为各电源并联后的输出电压是相等的，所以，电流分配以端电压相等为原则，取决于各自的外特性。

图7 　多电源供电的电流分配

例如，电源“E1”的外特性是曲线①，而曲线①上与电压U对应的电流是I1，即，I1满足式(2):
  U＝E1－I1r01
  同理可以分别找出电源“E2”和“E3”对应的电流I2和I3，它们分别满足:
  U＝E2－I2r02
  U＝E3－I3r03
2.3 共母线时各变频器电流分配的分析
  多台变频器共母线时，各变频器的整流电路都和直流母线并联，如图8所示。
  假设:电动机M1运行在电动状态;而电动机M2运行在再生状态(发电机状态)，今分析各变频器整流电路的电流分配如下:

图8　 共母线变频器的电路与电流分配

  (1) 电动状态变频器的电流分配
  作出变频桥与直流母线的外特性  
  变频器整流及滤波电路的外特性如图8(b)中之曲线①所示;直流母线由于容量较大，其外特性可以看成是直线，如图8(b)中之曲线②所示。
  分析电流分配
  变频器和直流母线并联后的输出电压等于母线电压UDD，两者共同的负载电流等于电动机的电流IM1。
  由图8(b)知，在输出电压相同的条件下，整流桥和直流母线的电流分配分别是ID1和IDD。且满足关系式:
   IM1＝ID1＋IDD  (3)
         式中, IM1—电动机电流，A;
  ID1—整流桥的输出电流，A;

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  IDD—从直流母线流向变频器VF1的电流，A。
  式(3)中的IDD就是所要估算的电流。
        令    IDD＝KD1 IM1      (4)
  式中，KD1—系数。
从图8(a)可以看出:KD1＜1。
      (2) 再生状态变频器的电流分配
  作出整流桥与逆变桥的外特性
  当电动机处于再生状态时，由于整流桥的空载电压和逆变桥的泵升电压都高于直流母线的电压，故对于变频器VF2来说，处于整流桥和逆变桥共同向直流母线供电的状态。所以，有必要首先作出整流桥和逆变桥的外特性，如图8(c)所示。图中，曲线③是整流桥的外特性，其起点等于整流桥的空载电压;曲线④是逆变桥的外特性，因为泵升电压常高于直流电压的正常值，故在曲线③的上面。
 对电流分配的分析
因为整流桥和逆变桥都并联在直流母线上，所以，两者的共同输出电压等于母线电压UDD。由图8(c)知，电流分配分别是ID2和IM2，且:
  IDD＝ID2＋IM2   (5)
令  IDD＝KD2 IM2    (6)
式中，KD2—系数。
可以看出:KD2＞1。

3  几个紧急处理方案
  任何设备在使用过程中，都免不了发生故障，变频器及其外配器件也不例外。由于变频器的外配器件在一般变频器的经销公司中常常没有备件，某些进口变频器配件在国内的备品也较少。因此，要买到配件常常需要时间。而生产单位总是希望停机时间不要太长，使生产不受影响或少受影响。
  起重机械在起吊重物时，以及矿山坑道的运输小车在输送矿石时，如果变频器一旦跳闸(有时是误动作)，容易出现溜钩或下滑现象，有可能产生严重后果。
遇到这些情况，有必要采取应急措施，能够临时性地维持生产，或避免发生意外。笔者最近为一些读者提供了几个应急方案，效果良好，介绍如下。
3.1 制动电阻烧坏了怎么办？
  变频器说明书中提供的制动电阻的容量，是针对一般降速时计算的。如果起动和停机特别频繁，或在重力负载向下运行时，制动电阻常常因容量太小而烧坏。
  一般情况下，制动电阻可以用电炉丝或其他电热设备中的发热元件来代替，如图9所示。由于电炉丝的额定电压通常是220V，而处于再生制动状态的直流回路的平均电压约为650V，故电炉丝应以三组串联为宜。
  (1) 发热元件电阻值的计算

图9　自制制动电阻

  发热元件的额定数据只有两个:额定功率和额定电压。
上述数据是在发热状态下的数值。根据额定数据，其热态电阻值可计算如下:

(7)

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式中, PN─发热元件的额定功率，W;
UN─发热元件的额定电压，V;
RE─发热元件的热态电阻，Ω。
由于总体上说，制动电阻并不处于连续工作的状态。接入电路的时间通常是断续的。因此，发热元件作为制动电阻使用时，其实际温度达不到电热设备的温度。所以，由式(7)计算出的热态电阻值，与冷态或温态时的电阻值相比，略微偏大一些。因为电热设备的工作温度一般在200℃以内，热态电阻与冷态电阻的差别并不很大，故式(7)的计算结果是可用的。
(2) 计算实例
今以某37kW电动机为例，说明书中的原配制动电阻是20Ω，5kW。
 大多数变频器中，能耗电路是在直流电压超过700V时开始放电的，则制动电阻接入电路时消耗的功率是:
   PB0＝

＝24500W＝24.5kW
则说明书中制动电阻的修正系数是:
αB＝

＝0.204≈0.2
对于起动与制动比较频繁的负载，以及对于向下运行的重力负载来说，上述修正系数显然是太小了。
用发热元件代替的方案可有多种，例如，用9根2kW的发热元件串、并联来代替，如图1所示。则:
合成热态电阻的大小为
   RB′＝24.2Ω
冷态电阻值接近于20Ω。
总的额定功率
  PB′＝18kW
修正系数增大为:
αB′＝

＝0.735≈0.74
应该说，制动电阻的容量已经足够了。
3.2 制动单元损坏了怎么办？
(1) 降速过程的应急措施　
  导致制动单元损坏的原因可能有多种，但常见的主要有两种:
 与制动电阻的阻值匹配不好而烧坏功率管;
 制动单元内部的开关电源损坏，导致功率管损坏。
  制动单元一般难以自行修复。作为临时的应急措施，制动单元中的开关器件可以用三相交流接触器来代替，如图10所示。这时，接触器的三对触点必须串联，原因如下:
  -耐压的考虑 

图10     用接触器触点代替制动单元

  交流接触器触点的额定电压是500V，而直流电压则大于500V。串联以后，耐压可达1500V，具有较大裕量;
-灭弧的考虑
直流电路在接通和断开过程中的电弧比交流电路严重得多。将三对触点串联以后，可以起到分割电弧的作用，有利于灭弧。
  (2) 接触器的控制方法

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  起重机械
  由控制吊钩下行的接触器的辅助触点或通过中间继电器KB来进行控制。使吊钩在每次向下运行时，制动回路就处于放电状态。
 频繁起、制动的机械
  由停机按钮通过中间继电器KB来进行控制。使生产机械在每次停机时，制动回路就处于放电状态。
  必须说明，上述方法只能作为应急措施临时使用。如长期使用，则可能造成电能的浪费。
3.3 起重机械在变频器跳闸后如何防止溜钩？
  起重机的起升机构在吊运重物时，常常需要重物在空中停住，以便在空中进行平行或旋转的移动。当重物在空中停住时，必须用电磁制动器把传动轴抱住，以防止重物因自重而下滑。电磁制动器在停电时处于抱紧状态，通电时松开。

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