电源故障：电源下降时驱动器会做什么？

公共电力供应通常是可靠的，但它们确实会受到干扰。显然，完全断电会导致所有电气设备停止工作，除非它连接了备用电源，例如 UPS 和/或备用发电机。当电源恢复时，设备会按照设计启动的方式从关闭状态重新启动。然而，有一类扰动表现为短时中断或电压骤降，其行为并不明显。

短暂的电压骤降并不少见。它们可能是由闪电或树木等坠落物体触发的线路故障引起的。每当公共电力系统发生故障时，电压骤降就会从故障点传播到整个系统。电力公司的保护装置在 200 毫秒左右的时间范围内使故障电路跳闸，之后大多数消费者的电力恢复，有时需要通过自动重合闸断路器进行多次尝试。然而，在此期间，电力消费者会经历不同深度的电压骤降，具体取决于他们与故障的电气距离。在重工业中，大型电机直接在线启动时也会出现电压骤降。

在跌落或中断期间和之后，电气设备的正确运行非常重要，这一点很容易被忽视。它应该通过一个短或浅的倾角。如果这不可能，正确的行为取决于应用程序。在某些应用中，设备必须停止并等待重新启动，要么手动，以避免意外启动的危险，要么自动但在多个电机的协调控制下。其他应用需要设备在电源恢复时以受控方式自动重新启动。未能正确重启可能会导致制造工厂停产、人员卡在电梯中、空调系统跳闸等紧急情况，以及需要昂贵的维修服务才能重置的各种电子设备。

低谷和中断

最短的骤降和中断的持续时间通常约为 10 毫秒，或电源的半个周期。任何超过约 10 秒的时间都将被视为功率损失。我们需要仔细观察行为的持续时间范围主要是从 10 毫秒到大约 500 毫秒。在此范围内，设计错误可能导致不正确的行为，例如处理器挂起或崩溃，或数据损坏。

在三相系统中，故障通常只影响一相，因为闪电和坠落物体通常只影响一相。然而，故障可能会蔓延到所有三个方面。高压输电系统中的单相接地故障在低压配电系统中表现为线间故障，在三角星型变压器之后。电机启动的骤降会影响所有三相。

能量存储和穿越

在典型的市电供电电子电路中，内部直流电源线中连接了一个相当大的电容器以平滑整流电压，它通常存储足够的能量以保持电路运行约 10 毫秒至 20 毫秒。对于较短的骤降或中断，它会继续正常运行，并且可能有一个检测低电压的电源监控电路。然后有时间运行一个简短的例程，将一些基本数据保存在非易失性存储器中，并将系统置于已知状态，一旦电源恢复，系统就可以从该状态重新启动。如果需要大约 100 毫秒的穿越时间，则可以通过增加额外的电容来实现，超过这个电容就需要某种电池或 UPS。

在典型的变速驱动器中，由于高功率吞吐量，即使 10 毫秒，电容器也无法存储足够的能量来提供额定负载功率。通过使用电容器存储的能量以简单的方式渡过低谷是不可能的，除非当时负载功率恰好非常低。在一些特殊应用中，额外的外部电容器、超级电容器或电池已连接到直流总线以确保通过，但这通常过于昂贵。

另一方面，可能有一些有用的能量以机械方式存储在电机惯性中。根据应用的不同，可能会使用其中的一些能量来使驱动器保持在可行状态，以便在电源恢复时做好准备。

驾车穿越

图 1 显示了交流驱动器的主要功率组件。扼流圈是可选的，对穿越影响不大。

图 1：交流变频调速器的主要功率元件

整流器是单向的，电源只能从交流电源传递到直流母线。逆变器和电机是双向的，因此只要有足够的能量使电机保持磁化，能量就有可能从电机返回到驱动直流母线。

驱动控制器测量直流母线电压，因此它可以检测电压下降。交流电源的短暂中断与骤降具有相同的效果，因为直流电压随着电容器放电而下降。有几种可能的情况，具体行为取决于所使用的电机控制模式。让我们考虑一个具有基本固定 V/f 比的简单开环控制。

在达到电源丢失检测水平之前电压恢复的任何情况下，然后继续正常运行。当电容器在没有软充电电路的情况下重新充电时，输入电流会出现短暂的浪涌。该驱动器旨在承受这种浪涌而不会造成伤害，但众所周知，断路器会在这种情况下运行，尤其是在多个驱动器由同一个断路器供电的情况下。

供应损失例程：

有一个用户可选择的模式参数，可以选择三种动作，可以根据应用程序的需要进行选择：

1. 无操作（供应损失功能已禁用）
2. 斜坡停止
3. 穿越

在选项 1 电机惯性停止。当电压下降到电源丢失检测水平以下时，驱动器不执行任何操作。如果电压继续下降到低于欠压检测水平，则驱动器被禁用并且电机惯性停止。如果电源恢复，如果驱动器的启用和运行命令仍然存在，驱动器将执行自动重启。

选项 2 通常在应用程序需要多个协调运动并且驱动器不应尝试独立动作时选择。当电压下降到电源丢失检测水平以下时，电机将斜坡停止。如果驱动器正在减速电机时电源恢复，驱动器继续斜坡停止电机，否则驱动器进入欠压状态并停机。

如果电源恢复，驱动器停止后，某些 Control Techniques 产品之间的详细行为会有所不同：

• 对于 Unidrive M700 及相关产品：一旦电机停止，驱动器将进入禁用状态，需要切换启用信号才能再次运行。
• 对于 Unidrive M100 到 M400 及相关产品：一旦电机停止，只要启用和运行命令仍然存在，驱动器就会重新启动并将电机速度斜升至速度参考值。

选项 3 通常在应用程序要求驱动器尽可能继续独立运行时选择。驱动器以受控方式降低电机速度设置，从而保持电机磁通，并且随着速度下降，电机和负载中存储的机械能量返回驱动器。该能量用于维持电机磁化电流并为驱动器的控制电路供电。如果在能量耗尽之前功率恢复，则驱动器将电机加速回到其设定速度。

成功穿越的机会显然取决于当时的机械负载以及电机及其负载的比惯量。

请注意，如果电压骤降仅发生在三相电源的一相中，则回收的能量只需在缺相电压间隔期间为整流器“填补空白”，这比三相电源需要的能量少得多下降并且最有可能导致成功穿越。

限制自动重置尝试次数

这可以设置为所需的数量或无限制。

旋转电机重启：

在所有这些选项中，如果选择了自动重启，则必须考虑是否需要“捕捉旋转的电机”例程。如果驱动器保持对电机的控制，即处于斜坡或穿越状态，则不需要这样做。然而，一旦发生欠压跳闸，电机就不再受控制。由于其惯性和/或外部因素（例如风扇中的气流），它可能会继续旋转。在这种情况下，除非启用旋转电机算法，否则重新启动可能会失败。

功率骤降、中断和穿越的标准和要求

电气产品对电源骤降和中断的免疫有国际和欧盟统一标准。在欧盟，EMC 指令合法地涵盖了这一点。在世界其他地方，这通常被认为是产品质量问题，而不是 EMC 法律。对于额定电流低于每相 16 A 的设备，测试标准为 IEC 61000-4-11（欧盟的 EN 61000-4-11），但该标准提供了广泛的可选测试级别，并且没有通过/失败标准。必须查阅产品标准才能找到准确的要求。可以从工业设备通用抗扰度标准 IEC 61000-6-2 中获取一个典型要求：

设备必须在浸入期间和之后按规定运行，并且不得发生存储数据的丢失或损坏。请注意，在继续提供额定输出功率的意义上，这不需要字面上的穿越，而只是按预期运行。测试的目的是发现错误或错误，例如挂起状态或在下降/中断后损坏的存储数据。如果将测试应用于包含驱动器的机器，则必须正确配置驱动器，以确保整台机器在浸入期间和浸入后都按预期运行。

对于每相额定电流超过 16 A 的设备，还有另一个测试标准 IEC 61000-4-34。由于测试设备的难度和成本，该标准很少使用。高功率驱动器的行为可以通过仿真和低功率模型的缩放来可靠地预测。

另一个电源干扰标准来自美国的信息技术工业委员会 (ITIC)，有时指定用于 IT 设备。它没有定义测试方法，而仅定义了端电压行为。 ITIC 曲线（以前的 CBEMA 曲线）显示持续运行长达 20 毫秒的中断。仅适用于单相电源，不易适应三相。

从前面的讨论中可以看出，驱动器可以在穿越模式下实现这一点，前提是可以通过减速负载来恢复足够的存储能量，尤其是在三相电源的情况下。

图 2：ITIC（原 CBEMA）曲线