一、由負(fù)載異常引起的損壞
誠然,,變頻器的保護電路已經(jīng)相當(dāng)完善,。對價值昂貴的逆變模塊的保護,,各個變頻器廠家都在其保護電路上做足了功夫,,從輸出電流檢測到驅(qū)動電路的IGBT管壓降檢測,,并努力追求以最快的應(yīng)變速度實施最快速的過載保護,!從電壓檢測到電流檢測,,從模塊溫度檢測到缺相輸出檢測等,,還未見有哪種電器的保護電路,,像變頻器這樣做得專注而投入。而變頻器的銷售人員,,提到變頻器的性能時,,也必提及變頻器的保護功能,常常不自覺地對用戶許諾:用上變頻器,,其全面的保護功能,,你的電機就不容易燒了。這位銷售人員不知道,,這句許諾,,將給自己帶來極大的被動!
用上變頻器,,電機真的不會燒嗎,?我的答案是:相對于工頻供電,用上變頻器,,電機倒是更容易燒了,,而電機的容易燒,使得變頻器逆變模塊也容易一塊“報銷”掉,。變頻器的靈敏的過流保護電路,,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。
一臺電機,,在工頻狀態(tài)下能夠運行,,雖然運行電流較之額定電流稍大,長時間的運行有一定的溫升,。這是一臺帶病的電機,,在燒掉之前確實是能夠運行的。但接入變頻器后,,會出現(xiàn)頻繁過載,,以至不能運行。這還不要緊。
一臺電機,,在工頻狀態(tài)下能夠運行,,用戶已經(jīng)正常使用多年了,請注意“多年”兩個字,。用戶想到要節(jié)約電費,,或因工藝改造的原因,需要進行變頻改造,。但接入變頻器后,,會頻跳OC故障,這是好的,,保護停機了,,模塊沒有壞掉??膳碌氖?,變頻器并不馬上跳OC故障,而是毫無來由地在運行中——運行了才三,、兩天的光景,,模塊炸掉了,電機燒毀了,。用戶賴了銷售人員一把:你裝的變頻器質(zhì)量差,,燒了我的電機,你要賠我的電機,!
在此之前,,電機好像是是真的沒有問題,運行得好好的,,測測運行電流,,因為負(fù)荷較輕,才達(dá)到一半的額定電流,;測測三相供電,,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。
我要是在場的話,,就會這樣主公道:不怨變頻器,,是你的電機已經(jīng)“病入膏肓”,突然發(fā)作,,捎帶著損壞了變頻器,!
運行多年的電機,,因電機的運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上。工頻供電情況下,,電機繞組輸入的是三相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,電機還在“正常運行”,。應(yīng)該說,,隨著絕緣老化程度的進一步加深,即使還是在工頻供電情況下,,相信在不遠(yuǎn)的將來,,該臺電機終會因絕緣老化造成相間或繞組間的電壓擊穿而燒毀。但問題是,,現(xiàn)在并沒有燒毀,。
接入變頻器后,電機的供電條件由此變得“惡劣”了:變頻器輸出的PWM波形,,實為數(shù)kHz乃至十幾kHz的載波電壓,,在電機繞組供電回路中,還會產(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,。電機繞組的感生電壓比工頻供電時升高了,。在工頻供電時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,。電機繞組的由相間、匝間短路造成了電機繞組的突然短路,,在運行中——模塊炸掉了,,電機燒毀了。
變頻器在起動初始階段,,因輸出頻率和電壓均在較低的幅值內(nèi),,負(fù)載電機存在故障時,雖造成較大的輸出電流,但此電流往往在額定值以內(nèi),,電流檢測電路及時動作,,變頻器實施保護停機動作,模塊無炸毀之虞,。但若在全速(或近于全速)運行情況下,,三相輸出電壓與頻率均達(dá)較高的幅值,此時電機繞組若有電壓擊穿現(xiàn)象,,會于瞬間形成極大的浪涌電流,,則逆變模塊在電流檢測電路動作之前,已經(jīng)無法承受而炸裂損壞了,。
由此看出,,保護電路不是萬能的,任何保護電路都有它的“軟肋”所在,。變頻器對全速運行中,,電機繞組的突發(fā)性電壓擊穿現(xiàn)象,是無能為力的,,起不到有效保護作用的,。而不唯變頻器保護電路,任何電機保護器,,對此類突發(fā)故障,,都不能實施有效的保護。此類突發(fā)故障出現(xiàn)時,,只能宣告:該臺電機確實已經(jīng)“壽終正寢”了,。
此類故障對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,在變頻器的保護電路正常的前提下,,是能有效保護模塊安全的,,模塊的損壞機率將大為減小。在此不多討論,。
二,、由變頻器本身電路不良造成的模塊損壞
1、由驅(qū)動電路不良對模塊會造成一級危害由驅(qū)動電路的供電方式可知,,一般由正,、負(fù)兩個電源供電,。+15V電壓提供IGBT管子的激勵電壓,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,,相應(yīng)的IGBT管子不能開通,,若驅(qū)動電路的模塊故障檢測電路也能檢測IGBT管子時,則變頻器一投入運行信號,,即可由模塊故障檢測電路報出OC信號,,變頻器實施保護停機動作,對模塊幾乎無危害性,。
而萬一-5V截止負(fù)壓不足或丟失時(如同三相整流橋一樣,我們可先把逆變輸出電路看成一個逆變橋,,則由IGBT管子組成了三個上橋臂和三個下橋臂,,如U相上橋臂和U相下橋臂的IGBT管子。),,當(dāng)任一相的上(下)橋臂受激勵而開通時,,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)電容對柵-射結(jié)電容的充電,,導(dǎo)致管子的誤導(dǎo)通,,兩管共通對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,,一個是驅(qū)動IC損壞所造成;還有可能是驅(qū)動IC后級的功率推動級(通常由兩級互補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IC的輸入腳,,由CPU到驅(qū)動IC,再到逆變模塊的觸發(fā)端子,,6路信號中只要有一路中斷——
(1),、變頻器有可能報出OC故障,。逆變橋的下三橋臂IGBT管子,導(dǎo)通時的管壓降是經(jīng)模塊故障檢測電路檢測處理的,,而上三橋臂的IGBT管子,,在小部分變頻器中,有管壓降檢測,,大部分變頻器中,,是省去了管壓降檢測電路的。當(dāng)丟失激勵脈沖的IGBT管子,恰好是有管壓降檢測電路的,,則丟失激勵脈沖后,,檢測電路會報出OC故障,變頻器停機保護,;
(2)、變頻器有可能出現(xiàn)偏相運行,。丟失激勵脈沖的該路IGBT管子,,正是沒有管壓降檢測電路的管子,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)致變頻器偏相運行,,其后果是電機繞組中產(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,!但損壞機率較第一種原因為低,。
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電路能起到作用,,也是能起到保護作用的,但就怕這種傳遞通路因接觸不良等故障原因,,時通時斷,,甚至有隨機性開斷現(xiàn)象,電流檢測電路莫名所以,,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,。
而電機在此輸出狀態(tài)下會“跳動著”運行,,發(fā)出“咯楞咯楞”的聲音,發(fā)熱量與損耗大幅度上升,,也很容易損壞,。
3,、電流檢測電路和模塊溫度檢測電路失效或故障,對模塊起不到有效地過流和過熱保護作用,,因而造成了模塊的損壞,。
4、主直流回路的儲能電容容量容量下降或失容后,,直流回路電壓的脈動成分增加,,在變頻器啟動后,在空載和空載時尚不明顯,,但在帶載起動過程中,,回路電壓浪起濤涌,逆變模塊炸裂損壞,,保護電路對此也表現(xiàn)得無所適從,。
對已經(jīng)多年運行的變頻器,在模塊損壞后,,不能忽略對直流回路的儲能電容容量的檢查,。電容的完全失容很少碰到,但一旦碰上,,在帶載啟動過程中,將造成逆變模塊的損壞,,那也是確定無疑的,!
三、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,,近幾年變頻器市場的競爭日趨激烈,變頻器的利潤空間也是越來越狹窄,,但可以通過技術(shù)進步,,提高生產(chǎn)力等方式來提高自身產(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,來增加自己的市場占有率,,實是不明智之舉呀,,純屬一個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電路的故障率上升,逆變模塊因得不到保護電路的有效保護,,從而使模塊損壞的機率上升,。
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行中容易損壞模塊,而且在啟動過程中,,模塊常常炸裂,!現(xiàn)場安裝此類變頻器的工作人員都害了怕,遠(yuǎn)遠(yuǎn)地用一支木棍來按壓操作面板的啟動按鍵,。
容量偏小的模塊,,又要能勉強運行,模塊超負(fù)荷工作,,保護電路形成同虛設(shè)(按變頻器的標(biāo)注功率容量來保護而不是按模塊的實際容量值來保護),,模塊不出現(xiàn)頻繁炸毀,才真是不正常了,。
這類機器,,因價格低廉,初上市好像很“火”,,但用不了多長時間,,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,,但愿不遠(yuǎn)的將來,,模塊損壞的原因,只剩下前兩種原因,。
對國產(chǎn)變頻器來說,,有時候是一粒老鼠糞壞了一鍋湯啊。好多變頻器也還是不錯的,,與國外產(chǎn)品相比毫不遜色,,且質(zhì)優(yōu)價廉的呀,。