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變頻器逆變輸出模塊損壞的幾大原因
發(fā)布時(shí)間:2021-01-04
一、由負(fù)載異常引起的損壞
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)，并努力追求以應(yīng)變速度實(shí)施快速的過載保護(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。而變頻器的銷售人員，提到變頻器的性能時(shí)，也必提及變頻器的保護(hù)功能，常常不自覺地對(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(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)倒是更容易燒了，而電機(jī)的容易燒，使得變頻器逆變模塊也容易一塊“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，雖然運(yùn)行電流較之額定電流稍大，長(zhǎng)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。這還不要緊。
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)注意“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?？膳碌氖?，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。用戶賴了銷售人員一把：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)好像是是真的沒有問題，運(yùn)行得好好的，測(cè)測(cè)運(yùn)行電流，因?yàn)樨?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)。
我要是在場(chǎng)的話，就會(huì)這樣主公道：不怨變頻器，是你的電機(jī)已經(jīng)“病入膏肓”，突然發(fā)作，捎帶著損壞了變頻器！
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。但問題是，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)繞組的突然短路，在運(yùn)行中--模塊炸掉了，電機(jī)燒毀了。
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)電路正常的前提下，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(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)率較第一種原因?yàn)榈汀?br />
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。
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！
三、質(zhì)量低劣、偷工減料的少部分國(guó)產(chǎn)變頻器，模塊極易損壞
這是國(guó)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(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，變頻器的利潤(rùn)空間也是越來越狹窄，但可以通過技術(shù)進(jìn)步，提高生產(chǎn)力等方式來提高自身產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)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)行中容易損壞模塊，而且在啟動(dòng)過程中，模塊常常炸裂！現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)按鍵。
容量偏小的模塊，又要能勉強(qiáng)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，初上市好像很“火”，但用不了多長(zhǎng)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，但愿不遠(yuǎn)的將來，模塊損壞的原因，只剩下前兩種原因。
對(duì)國(guó)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(guó)外產(chǎn)品相比毫不遜色，且質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的呀。
