變頻器逆變輸出模塊損壞的原因分析

2013-10-23 15:34 來源:互聯(lián)網(wǎng) 作者:洛小辰

由負(fù)載異常引起的變頻器損壞誠然,變頻器的保護(hù)電路已經(jīng)相當(dāng)完善。對(duì)價(jià)值昂貴的逆變模塊的保護(hù),各個(gè)變頻器廠家都在其保護(hù)電路上做足了功夫,從輸出電流檢測(cè)到驅(qū)動(dòng)電路的IGBT管壓降檢測(cè),并努力追求以最快的應(yīng)變速度實(shí)施最快速的過載保護(hù)!從電壓檢測(cè)到電流檢測(cè),從模塊溫度檢測(cè)到缺相輸出檢測(cè)等,還未見有哪種電器的保護(hù)電路,像變頻器這樣做得專注而投入。而變頻器的銷售職員,提到變頻器的性能時(shí),也必提及變頻器的保護(hù)功能,經(jīng)常不自覺地對(duì)用戶許諾:用上變頻器,其全面的保護(hù)功能,你的電機(jī)就不輕易燒了。這位銷售職員不知道,這句許諾,將給自己帶來極大的被動(dòng)!

用上變頻器,電機(jī)真的不會(huì)燒嗎?我的答案是:相對(duì)于工頻供電,用上變頻器,電機(jī)倒是更輕易燒了,而電機(jī)的輕易燒,使得變頻器逆變模塊也輕易一塊“報(bào)銷”掉。變頻器的靈敏的過流保護(hù)電路,在此處偏偏手足無措,起不到絲毫作用。這是導(dǎo)致變頻器模塊損壞的一大外部原因。聽我道出其中原委。

一臺(tái)電機(jī),在工頻狀態(tài)下能夠運(yùn)行,固然運(yùn)行電流較之額定電流稍大,長時(shí)間的運(yùn)行有一定的溫升。這是一臺(tái)帶病的電機(jī),在燒掉之前確實(shí)是能夠運(yùn)行的。但接入變頻器后,會(huì)出現(xiàn)頻繁過載,以至不能運(yùn)行。這還沒關(guān)系。

一臺(tái)電機(jī),在工頻狀態(tài)下能夠運(yùn)行,用戶已經(jīng)正常使用多年了,請(qǐng)留意“多年”兩個(gè)字。用戶想到要節(jié)約電費(fèi),或因工藝改造的原因,需要進(jìn)行變頻改造。但接入變頻器后,會(huì)頻跳OC故障,這是好的,保護(hù)停機(jī)了,模塊沒有壞掉。可怕的是,變頻器并不馬上跳OC故障,而是毫無來由地在運(yùn)行中——運(yùn)行了才三、兩天的光景,模塊炸掉了,電機(jī)燒毀了。用戶賴了銷售職員一把:你裝的變頻器質(zhì)量差,燒了我的電機(jī),你要賠我的電機(jī)!

在此之前,電機(jī)似乎是是真的沒有題目,運(yùn)行得好好的,測(cè)測(cè)運(yùn)行電流,由于負(fù)荷較輕,才達(dá)到一半的額定電流;測(cè)測(cè)三相供電,380V,平衡和穩(wěn)定得很。真像是變頻器的損壞,連帶著損壞了電機(jī)。

運(yùn)行多年的電機(jī),因電機(jī)的運(yùn)行溫升和受潮等原因,繞組的絕緣程度已大大降低,甚至有了明顯的絕緣缺陷,處于電壓擊穿的臨界點(diǎn)上。工頻供電情況下,電機(jī)繞組輸入的是三相50Hz的正弦波電壓,繞組產(chǎn)生的感生電壓也較低,線路中的浪涌分量較小,電機(jī)絕緣程度的降低,也許只是帶來了并不起眼的“漏電流”,但繞組的匝間和相間,還未能產(chǎn)生電壓擊穿現(xiàn)象,電機(jī)還在“正常運(yùn)行”。應(yīng)該說,隨著絕緣老化程度的進(jìn)一步加深,即使還是在工頻供電情況下,相信在不遠(yuǎn)的將來,該臺(tái)電機(jī)終會(huì)因絕緣老化造成相間或繞組間的電壓擊穿而燒毀。但題目是,現(xiàn)在并沒有燒毀。

接入變頻器后,電機(jī)的供電條件由此變得“惡劣”了:變頻器輸出的PWM波形,實(shí)為數(shù)kHz乃至十幾kHz的載波電壓,在電機(jī)繞組供電回路中,還會(huì)產(chǎn)生各種分量的諧波電壓。由電感特性可知,流過電感電流的變化速度越快,電感的感生電壓也越高。電機(jī)繞組的感生電壓比工頻供電時(shí)升高了。在工頻供電時(shí)暴露不出的絕緣缺陷,因不耐高頻載波下感生電壓的沖擊,于是繞組匝間或相間的電壓擊穿產(chǎn)生了。電機(jī)繞組的由相間、匝間短路造成了電機(jī)繞組的忽然短路,在運(yùn)行中——模塊炸掉了,電機(jī)燒毀了。

變頻器在起動(dòng)初始階段,因輸出頻率和電壓均在較低的幅值內(nèi),負(fù)載電機(jī)存在故障時(shí),雖造成較大的輸出電流,但此電流往往在額定值以內(nèi),電流檢測(cè)電路及時(shí)動(dòng)作,變頻器實(shí)施保護(hù)停機(jī)動(dòng)作,模塊無炸毀之虞。但若在全速(或近于全速)運(yùn)行情況下,三相輸出電壓與頻率均達(dá)較高的幅值,此時(shí)電機(jī)繞組若有電壓擊穿現(xiàn)象,會(huì)于瞬間形成極大的浪涌電流,則逆變模塊在電流檢測(cè)電路動(dòng)作之前,已經(jīng)無法承受而炸裂損壞了。

由此看出,保護(hù)電路不是萬能的,任何保護(hù)電路都有它的“軟肋”所在。變頻器對(duì)全速運(yùn)行中,電機(jī)繞組的突發(fā)性電壓擊穿現(xiàn)象,是無能為力的,起不到有效保護(hù)作用的。而不唯變頻器保護(hù)電路,任何電機(jī)保護(hù)器,對(duì)此類突發(fā)故障,都不能實(shí)施有效的保護(hù)。此類突發(fā)故障出現(xiàn)時(shí),只能宣告:該臺(tái)電機(jī)確實(shí)已經(jīng)“壽終正寢”了。

此類故障對(duì)變頻器的逆變輸出模塊是致命的打擊,無可逃避的。

其它由供電或負(fù)載方面引起的原因,如過、欠壓、負(fù)載重、甚至堵轉(zhuǎn)引起的過流等故障,在變頻器的保護(hù)電路正常的條件下,是能有效保護(hù)模塊安全的,模塊的損壞機(jī)率將大為減小。在此未幾討論。

由變頻器本身電路不良造成的模塊損壞

1、 由驅(qū)動(dòng)電路不良對(duì)模塊會(huì)造成一級(jí)危害

由驅(qū)動(dòng)電路的供電方式可知,一般由正、負(fù)兩個(gè)電源供電。+15V電壓提供IGBT管子的激勵(lì)電壓,使其開通。-5V提供IGBT管子的截止電壓,使其可靠和快速的截止。當(dāng)+15V電壓不足或丟失時(shí),相應(yīng)的IGBT管子不能開通,若驅(qū)動(dòng)電路的模塊故障檢測(cè)電路也能檢測(cè)IGBT管子時(shí),則變頻器一投入運(yùn)行信號(hào),即可由模塊故障檢測(cè)電路報(bào)出OC信號(hào),變頻器實(shí)施保護(hù)停機(jī)動(dòng)作,對(duì)模塊幾乎無危害性。

而萬一-5V截止負(fù)壓不足或丟失時(shí)(如同三相整流橋一樣,我們可先把逆變輸出電路看成一個(gè)逆變橋,則由IGBT管子組成了三個(gè)上橋臂和三個(gè)下橋臂,如U相上橋臂和U相下橋臂的IGBT管子。), 當(dāng)任一相的上(下)橋臂受激勵(lì)而開通時(shí),相應(yīng)的下(上)橋臂IGBT管子則因截止負(fù)壓的丟失,形成由IGBT管子的集-柵結(jié)電容對(duì)柵-射結(jié)電容的充電,導(dǎo)致管子的誤導(dǎo)通,兩管共通對(duì)直流電源形成了短路!其后果是:模塊都炸飛了!

截止負(fù)壓的丟失,一個(gè)是驅(qū)動(dòng)IC損壞所造成;還有可能是驅(qū)動(dòng)IC后級(jí)的功率推動(dòng)級(jí)(通常由兩級(jí)互補(bǔ)式電壓跟隨功率放大器組成)的下管損壞所造成;觸發(fā)端子引線連接不良;再就是驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)供電支路不良或電源濾波電容失效。而一旦出現(xiàn)上述現(xiàn)象之一,必將對(duì)模塊形成致命的打擊!是無可挽回的。

2、脈沖傳遞通路不良,也將對(duì)模塊形成威脅

由CPU輸出的6路PWM逆變脈沖,常經(jīng)六反相(同相)緩沖器,再送入驅(qū)動(dòng)IC的輸入腳,由CPU到驅(qū)動(dòng)IC,再到逆變模塊的觸發(fā)端子,6路信號(hào)中只要有一路中斷——

(1)、變頻器有可能報(bào)出OC故障。逆變橋的下三橋臂IGBT管子,導(dǎo)通時(shí)的管壓降是經(jīng)模塊故障檢測(cè)電路檢測(cè)處理的,而上三橋臂的IGBT管子,在小部分變頻器中,有管壓降檢測(cè),大部分變頻器中,是省去了管壓降檢測(cè)電路的。當(dāng)丟失激勵(lì)脈沖的IGBT管子,恰好是有管壓降檢測(cè)電路的,則丟失激勵(lì)脈沖后,檢測(cè)電路會(huì)報(bào)出OC故障,變頻器停機(jī)保護(hù);

(2)、變頻器有可能出現(xiàn)偏相運(yùn)行。丟失激勵(lì)脈沖的該路IGBT管子,正是沒有管壓降檢測(cè)電路的管子,只有截止負(fù)壓存在,能使其可靠截止。該相橋臂只有半波輸出,導(dǎo)致變頻器偏相運(yùn)行,其后果是電機(jī)繞組中產(chǎn)生了直流成分,也形成較大的浪涌電流,從而造成模塊的受沖擊而損壞!但損壞機(jī)率較第一種原由于低。

若此路脈沖傳遞通路一直是斷的,即使模塊故障電路不能起到作用,但互感器等電流檢測(cè)電路能起到作用,也是能起到保護(hù)作用的,但就怕這種傳遞通路因接觸不良等故障原因,時(shí)通時(shí)斷,甚至有隨機(jī)性開斷現(xiàn)象,電流檢測(cè)電路莫名所以,來不及反應(yīng),而使變頻器造成“斷續(xù)偏相”輸出,形成較大沖擊電流而損壞模塊。 內(nèi)容來自www.dqjsw.com.cn電氣自動(dòng)化技術(shù)網(wǎng)

而電機(jī)在此輸出狀態(tài)下會(huì)“跳動(dòng)著”運(yùn)行,發(fā)出“咯楞咯楞”的聲音,發(fā)熱量與損耗大幅度上升,也很輕易損壞。

3、電流檢測(cè)電路和模塊溫度檢測(cè)電路失效或故障,對(duì)模塊起不到有效地過流和過熱保護(hù)作用,因而造成了模塊的損壞。

4、主直流回路的儲(chǔ)能電容容量容量下降或失容后,直流回路電壓的脈動(dòng)成分增加,在變頻器啟動(dòng)后,在空載和空載時(shí)尚不明顯,但在帶載起動(dòng)過程中,回路電壓浪起濤涌,逆變模塊炸裂損壞,保護(hù)電路對(duì)此也表現(xiàn)得無所適從。

對(duì)已經(jīng)多年運(yùn)行的變頻器,在模塊損壞后,不能忽略對(duì)直流回路的儲(chǔ)能電容容量的檢查。電容的完全失容很少碰到,但一旦碰上,在帶載啟動(dòng)過程中,將造成逆變模塊的損壞,那也是確定無疑的!

質(zhì)量低劣、偷工減料的少部分國產(chǎn)變頻器,模塊極易損壞

這是國民劣根性的一種體現(xiàn),民族之癢啊。不錯(cuò),近幾年變頻器市場(chǎng)的競爭日趨激烈,變頻器的利潤空間也是越來越狹窄,但可以通過技術(shù)進(jìn)步,進(jìn)步生產(chǎn)力等方式來進(jìn)步自身產(chǎn)品的競爭力。而采用以舊充新、以次充好、并用減小模塊容量偷工減料的方式,來增加自己的市場(chǎng)占有率,實(shí)是不明智之舉呀,純屬一個(gè)目光短淺的短期行為呀。

1、質(zhì)量低劣、精制濫造,使得變頻器故障保護(hù)電路的故障率上升,逆變模塊因得不到保護(hù)電路的有效保護(hù),從而使模塊損壞的機(jī)率上升。

2、逆變模塊的容量選取,一般應(yīng)達(dá)到額定電流的2.5倍以上,才有長期安全運(yùn)行的保障。如30kW變頻器,額定電流為60A,模塊應(yīng)選用150A至200A的。用100A的則偏小。

但部分生產(chǎn)廠商,竟敢用100A模塊安裝!更有甚者,還有用舊模塊和次品模塊的。此類變頻器不但在運(yùn)行中輕易損壞模塊,而且在啟動(dòng)過程中,模塊經(jīng)常炸裂!現(xiàn)場(chǎng)安裝此類變頻器的工作職員都害了怕,遠(yuǎn)遠(yuǎn)地用一支木棍來按壓操縱面板的啟動(dòng)按鍵。

容量偏小的模塊,又要能委曲運(yùn)行,模塊超負(fù)荷工作,保護(hù)電路形成同虛設(shè)(按變頻器的標(biāo)注功率容量來保護(hù)而不是按模塊的實(shí)際容量值來保護(hù)),模塊不出現(xiàn)頻繁炸毀,才真是不正常了。

這類機(jī)器,因價(jià)格低廉,初上市似乎很“火”,但用不了多長時(shí)間,廠家也只有倒閉一途了。

這第三種模塊損壞的原因本來不應(yīng)該成為一種原因的,希望不遠(yuǎn)的將來,模塊損壞的原因,只剩下前兩種原因。

對(duì)國產(chǎn)變頻器來說,有時(shí)候是一粒老鼠糞壞了一鍋湯啊。好多變頻器也還是不錯(cuò)的,與國外產(chǎn)品相比絕不遜色,且質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的呀。

變頻器 模塊

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