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变频器逆变输出模块损坏的原因是什么?

http://www.ec.hc360.com2020年06月17日09:32 来源:21ic中国电子网T|T

    一、由负载异常引起的损坏

    诚然,变频器的保护电路已经相当完善。对价值昂贵的逆变模块的保护,各个变频器厂家都在其保护电路上做足了功夫,从输出电流检测到驱动电路的IGBT管压降检测,并努力追求以快的应变速度实施快速的过载保护!从电压检测到电流检测,从模块温度检测到缺相输出检测等,还未见有哪种电器的保护电路,像变频器这样做得专注而投入。而变频器的销售人员,提到变频器的性能时,也必提及变频器的保护功能,常常不自觉地对用户许诺:用上变频器,其全面的保护功能,你的电机就不容易烧了。这位销售人员不知道,这句许诺,将给自己带来极大的被动!

    用上变频器,电机真的不会烧吗?我的答案是:相对于工频供电,用上变频器,电机倒是更容易烧了,而电机的容易烧,使得变频器逆变模块也容易一块“报销”掉。变频器的灵敏的过流保护电路,在此处偏偏手足无措,起不到丝毫作用。这是导致变频器模块损坏的一大外部原因。听我道出其中原委。

    一台电机,在工频状态下能够运行,虽然运行电流较之额定电流稍大,长时间的运行有一定的温升。这是一台带病的电机,在烧掉之前确实是能够运行的。但接入变频器后,会出现频繁过载,以至不能运行。这还不要紧。

    一台电机,在工频状态下能够运行,用户已经正常使用多年了,请注意“多年”两个字。用户想到要节约电费,或因工艺改造的原因,需要进行变频改造。但接入变频器后,会频跳OC故障,这是好的,保护停机了,模块没有坏掉。可怕的是,变频器并不马上跳OC故障,而是毫无来由地在运行中——运行了才三、两天的光景,模块炸掉了,电机烧毁了。用户赖了销售人员一把:你装的变频器质量差,烧了我的电机,你要赔我的电机!

    在此之前,电机好像是是真的没有问题,运行得好好的,测测运行电流,因为负荷较轻,才达到一半的额定电流;测测三相供电,380V,平衡和稳定得很。真像是变频器的损坏,连带着损坏了电机。

    变频器

    我要是在场的话,就会这样主公道:不怨变频器,是你的电机已经“病入膏肓”,突然发作,捎带着损坏了变频器!

    运行多年的电机,因电机的运行温升和受潮等原因,绕组的绝缘程度已大大降低,甚至有了明显的绝缘缺陷,处于电压击穿的临界点上。工频供电情况下,电机绕组输入的是三相50Hz的正弦波电压,绕组产生的感生电压也较低,线路中的浪涌分量较小,电机绝缘程度的降低,也许只是带来了并不起眼的“漏电流”,但绕组的匝间和相间,还未能产生电压击穿现象,电机还在“正常运行”。应该说,随着绝缘老化程度的进一步加深,即使还是在工频供电情况下,相信在不远的将来,该台电机终会因绝缘老化造成相间或绕组间的电压击穿而烧毁。但问题是,现在并没有烧毁。

    接入变频器后,电机的供电条件由此变得“恶劣”了:变频器输出的PWM波形,实为数kHz乃至十几kHz的载波电压,在电机绕组供电回路中,还会产生各种分量的谐波电压。由电感特性可知,流过电感电流的变化速度越快,电感的感生电压也越高。电机绕组的感生电压比工频供电时升高了。在工频供电时暴露不出的绝缘缺陷,因不耐高频载波下感生电压的冲击,于是绕组匝间或相间的电压击穿产生了。电机绕组的由相间、匝间短路造成了电机绕组的突然短路,在运行中——模块炸掉了,电机烧毁了。

    变频器在起动初始阶段,因输出频率和电压均在较低的幅值内,负载电机存在故障时,虽造成较大的输出电流,但此电流往往在额定值以内,电流检测电路及时动作,变频器实施保护停机动作,模块无炸毁之虞。但若在全速(或近于全速)运行情况下,三相输出电压与频率均达较高的幅值,此时电机绕组若有电压击穿现象,会于瞬间形成极大的浪涌电流,则逆变模块在电流检测电路动作之前,已经无法承受而炸裂损坏了。

    由此看出,保护电路不是万能的,任何保护电路都有它的“软肋”所在。变频器对全速运行中,电机绕组的突发性电压击穿现象,是无能为力的,起不到有效保护作用的。而不唯变频器保护电路,任何电机保护器,对此类突发故障,都不能实施有效的保护。此类突发故障出现时,只能宣告:该台电机确实已经“寿终正寝”了。

    此类故障对变频器的逆变输出模块是致命的打击,无可逃避的。

    其它由供电或负载方面引起的原因,如过、欠压、负载重、甚至堵转引起的过流等故障,在变频器的保护电路正常的前提下,是能有效保护模块安全的,模块的损坏机率将大为减小。在此不多讨论。

    二、由变频器本身电路不良造成的模块损坏

    1、由驱动电路不良对模块会造成一级危害由驱动电路的供电方式可知,一般由正、负两个电源供电。+15V电压提供IGBT管子的激励电压,使其开通。-5V提供IGBT管子的截止电压,使其可靠和快速的截止。当+15V电压不足或丢失时,相应的IGBT管子不能开通,若驱动电路的模块故障检测电路也能检测IGBT管子时,则变频器一投入运行信号,即可由模块故障检测电路报出OC信号,变频器实施保护停机动作,对模块几乎无危害性。

    而万一-5V截止负压不足或丢失时(如同三相整流桥一样,我们可先把逆变输出电路看成一个逆变桥,则由IGBT管子组成了三个上桥臂和三个下桥臂,如U相上桥臂和U相下桥臂的IGBT管子。),当任一相的上(下)桥臂受激励而开通时,相应的下(上)桥臂IGBT管子则因截止负压的丢失,形成由IGBT管子的集-栅结电容对栅-射结电容的充电,导致管子的误导通,两管共通对直流电源形成了短路!其后果是:模块都炸飞了!

    截止负压的丢失,一个是驱动IC损坏所造成;还有可能是驱动IC后级的功率推动级(通常由两级互补式电压跟随功率放大器组成)的下管损坏所造成;触发端子引线连接不良;再就是驱动电路的负供电支路不良或电源滤波电容失效。而一旦出现上述现象之一,必将对模块形成致命的打击!是无可挽回的。

    2、脉冲传递通路不良,也将对模块形成威胁

    由CPU输出的6路PWM逆变脉冲,常经六反相(同相)缓冲器,再送入驱动IC的输入脚,由CPU到驱动IC,再到逆变模块的触发端子,6路信号中只要有一路中断——

    (1)、变频器有可能报出OC故障。逆变桥的下三桥臂IGBT管子,导通时的管压降是经模块故障检测电路检测处理的,而上三桥臂的IGBT管子,在小部分变频器中,有管压降检测,大部分变频器中,是省去了管压降检测电路的。当丢失激励脉冲的IGBT管子,恰好是有管压降检测电路的,则丢失激励脉冲后,检测电路会报出OC故障,变频器停机保护;

    (2)、变频器有可能出现偏相运行。

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