驱动器如何应对电压跌落：电压中断实用指南

公共电力供应总体可靠，但仍会发生扰动。完全断电显然会导致所有电气设备停止，除非配有 UPS 和/或备用发电机。电力恢复时，设备按设计方式从关机状态重启。然而，还有一类扰动表现为短时中断或电压跌落，其行为不那么显而易见。

短时电压跌落并不罕见。可能由雷击或树木倒塌等引发的线路故障导致。每当公共电力系统发生故障，电压跌落会从故障点向整个系统传播。电力公司保护装置在约 200 ms 内跳闸隔离故障回路，此后大多数用户电力恢复，有时经自动重合闸多次尝试后恢复。但在此期间，用户会经历不同深度的电压跌落，取决于其与故障点的电气距离。重工业中，大电机直接起动也会引起电压跌落。

电气设备在跌落/中断期间及之后的正确行为至关重要，却易被忽视。设备应能跨越短时或浅度跌落。若无法做到，正确行为取决于应用：某些应用要求设备停止并等待重启（手动重启以避免意外启动危险，或多电机协调控制下自动重启）；其他应用需电力恢复时自动以受控方式重启。无法正确重启会导致制造业停产、电梯困人、空调系统跳闸、各类电子设备需昂贵服务复位等后果。

跌落与中断

最短跌落和中断通常约 10 ms (即半个工频周波)。超过约 10 s 视为停电。需密切关注行为的时长范围主要在 10 ms 至 500 ms 之间。此范围内，设计错误可导致处理器挂起/崩溃、数据损坏等错误行为。

三相系统故障常仅影响单相，因雷击/坠物常只击中一相。但故障可能蔓延至三相。高压输电系统单相接地故障，经三角/星形变压器后在低压配电系统表现为线路间故障。电机起动跌落影响三相。

储能与跨越能力

典型市电供电电子电路内部直流供电线路并有较大电容平滑整流电压，通常存储足够能量维持电路运行 10-20 ms。更短跌落/中断时继续正常运行，可能有掉电监测电路检测低电压。随后有时间运行短程序将关键数据存入非易失性存储器，使系统进入已知状态，待供电恢复后重启。若需跨越至约 100 ms，可增加额外电容，再往上则需电池或 UPS。

典型变频驱动器因功率吞吐大，电容存储能量不足以在 10 ms 内供应额定负载功率。除非负载功率恰好极低，否则无法简单利用电容储能跨越跌落。某些特殊应用在直流母线并接额外电容、超级电容或电池以确保跨越，但通常成本过高。

另一方面，电机惯性中可能储存有用的机械能量。视应用而定，或许可利用部分能量维持驱动器处于可行状态，等待电力恢复。

驱动器的跨越能力

图 1 显示交流驱动器主要功率元件。电抗器为可选，对跨越影响不大。

图 1：交流 VSD 主要功率元件

整流器单向导通，功率只能从交流电源流向直流母线。逆变器和电机双向，若有足够能量维持电机励磁，能量可从电机回馈至驱动器直流母线。

驱动器控制器可测量直流母线电压，因此能检测电压跌落。交流供电短时中断与电压跌落效果相同，因电容放电导致直流电压下降。存在多种情况，详细行为取决于所用电机控制模式。先考虑基本定 V/f 比的简单开环控制。

若电压在供电丢失检测电平触发前恢复，则继续正常运行。电容在无软充电电路帮助下重新充电，产生短时输入电流涌流。驱动器设计可承受此涌流无损伤，但已知此情况下断路器可能动作，尤其是多台驱动器共用同一断路器时。

供电丢失处理程序：

用户可选模式参数提供三种动作选择，以适应应用需求：

1. 无动作 (禁用供电丢失功能)
2. 减速停机
3. 跨越运行

选项 1 下电机自由停机。电压跌破供电丢失检测电平时驱动器无动作。若电压继续跌破欠压检测电平，驱动器禁能，电机自由停止。若电力恢复且驱动器使能和运行命令仍在，驱动器执行自动重启。

选项 2 通常用于需多轴协调运动、驱动器不应独立动作的应用。电压跌破检测电平时电机减速停机。若减速过程中电力恢复，驱动器继续减速至停止；否则驱动器进入欠压状态关机。

Control Techniques 部分产品在电机停止且供电已恢复时的细节行为有差异：

• Unidrive M700 及相关产品：电机停止后驱动器进入禁能状态，需切换使能信号方可再次运行。
• Unidrive M100 至 M400 及相关产品：电机停止后，只要使能和运行命令仍在，驱动器重启并将电机转速加速回速度给定值。

选项 3 通常用于需驱动器尽可能继续独立运行的应用。驱动器以受控方式降低电机转速设定，维持电机磁通，利用电机和负载的机械储存能量随转速下降回馈至驱动器。该能量用于维持电机励磁电流和驱动器控制电路供电。若能量耗尽前电力恢复，驱动器将电机加速回设定转速。

成功跨越的机会明显取决于当时的机械负载及电机与负载的特定转动惯量。

注意：若三相供电仅单相发生电压跌落，回馈能量只需在缺相电压间隔为整流器“补缺”，所需能量远少于三相跌落，最可能成功跨越。

自动复位尝试次数限制

可设定为期望次数或无限次。

旋转电机重启：

所有选项中，若选择自动重启，必须考虑是否需要“捕捉旋转电机”程序。驱动器在减速或跨越状态下保持对电机控制时不需要。但欠压跳闸发生后电机不再受控。因惯性和/或外部因素 (如风机气流) 电机可能继续旋转。若未启用旋转电机算法，重启可能失败。

电压跌落、中断与跨越的标准与要求

国际和欧盟协调标准规定了电气产品对电压跌落和中断的抗扰度。欧盟由 EMC 指令涵盖。世界其他地区通常视为产品质量而非 EMC 法律问题。额定电流 ≤16A/相 的设备测试标准为 IEC 61000-4-11 (欧盟为 EN 61000-4-11)，但该标准给出宽泛可选测试电平，无通过/失败判据。需查阅产品标准获取确切要求。典型要求可参考工业设备通用抗扰度标准 IEC 61000-6-2：

设备须在跌落期间及之后按规格运行，且不得发生存储数据丢失或损坏。注意这不要求字面意义上的“跨越”(即继续提供额定输出功率)，只要求按预期运行。测试目的是发现跌落/中断后出现的挂起状态或数据损坏等错误。若测试应用于含驱动器的机器，则驱动器必须正确配置，确保整机在跌落期间及之后按预期行为。

额定电流 >16A/相 的设备有另一测试标准 IEC 61000-4-34。因测试设备困难昂贵，该标准鲜少使用。大功率驱动器行为可通过仿真和低功率模型放大可靠预测。

另一电力扰动标准源自美国信息技术工业委员会 (ITIC)，有时用于 IT 设备规范。它不定义测试方法，仅定义端子电压行为。ITIC 曲线 (原 CBEMA 曲线) 显示最长 20 ms 中断可继续运行。仅适用单相供电，难直接推广至三相。

从前文可见，驱动器在跨越模式下若能通过减速负载回收足够储存能量，特别是三相供电时，可能满足 ITIC 曲线要求。

图 2：ITIC (原 CBEMA) 曲线