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用上變頻器,電機真的不會燒嗎?

2018-08-02下載文件:暫時沒有下載文件

一 由負載異常引起的損壞

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誠然,變頻器的保護電路已經相當完善。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動電路的IGBT管壓降檢測,并努力追求以最快的應變速度實施最快速的過載保護!

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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!

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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。這是導致變頻器模塊損壞的一大外部原因。聽我道出其中原委。

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一臺電機,在工頻狀態下能夠運行,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,會出現頻繁過載,以至不能運行。這還不要緊。

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一臺電機,在工頻狀態下能夠運行,用戶已經正常使用多年了,請注意“多年”兩個字。用戶想到要節約電費,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。

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可怕的是,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:你裝的變頻器質量差,燒了我的電機,你要賠我的電機!

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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,因為負荷較輕,才達到一半的額定電流;測測三相供電,380V,平衡和穩定得很。真像是變頻器的損壞,連帶著損壞了電機。

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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“病入膏肓”,突然發作,捎帶著損壞了變頻器!

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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,還未能產生電壓擊穿現象,電機還在“正常運行”。

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應該說,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,現在并沒有燒毀。

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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kHz乃至十幾kHz的載波電壓,在電機繞組供電回路中,還會產生各種分量的諧波電壓。

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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(公眾號:泵管家)。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。

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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,負載電機存在故障時,雖造成較大的輸出電流,但此電流往往在額定值以內,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。

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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較高的幅值,此時電機繞組若有電壓擊穿現象,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,已經無法承受而炸裂損壞了。

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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,電機繞組的突發性電壓擊穿現象,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,對此類突發故障,都不能實施有效的保護。此類突發故障出現時,只能宣告:該臺電機確實已經“壽終正寢”了。

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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。

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其它由供電或負載方面引起的原因,如過、欠壓、負載重、甚至堵轉引起的過流等故障,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。

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二? 由變頻器本身電路不良造成的模塊損壞

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1、由驅動電路不良對模塊會造成一級危害

由驅動電路的供電方式可知,一般由正、負兩個電源供電。+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+15V電壓不足或丟失時,相應的IGBT管子不能開通,若驅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。

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而萬一-5V截止負壓不足或丟失時(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。),當任一相的上(下)橋臂受激勵而開通時,相應的下(上)橋臂IGBT管子則因截止負壓的丟失,形成由IGBT管子的集-柵結電容對柵-射結電容的充電,導致管子的誤導通,兩管共通對直流電源形成了短路!其后果是:模塊都炸飛了!

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截止負壓的丟失,一個是驅動IC損壞所造成;還有可能是驅動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;觸發端子引線連接不良;再就是驅動電路的負供電支路不良或電源濾波電容失效。而一旦出現上述現象之一,必將對模塊形成致命的打擊!是無可挽回的。

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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,常經六反相(同相)緩沖器,再送入驅動IC的輸入腳,由CPU到驅動IC,再到逆變模塊的觸發端子,6路信號中只要有一路中斷——

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(1)、變頻器有可能報出OC故障。逆變橋的下三橋臂IGBT管子,導通時的管壓降是經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;

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(2)、變頻器有可能出現偏相運行。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,只有截止負壓存在,能使其可靠截止。該相橋臂只有半波輸出,導致變頻器偏相運行,其后果是電機繞組中產生了直流成分,也形成較大的浪涌電流(公眾號:泵管家),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。

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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象,電流檢測電路莫名所以,來不及反應,而使變頻器造成“斷續偏相”輸出,形成較大沖擊電流而損壞模塊。

而電機在此輸出狀態下會“跳動著”運行,發出“咯楞咯楞”的聲音,發熱量與損耗大幅度上升,也很容易損壞。

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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。

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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得無所適從。

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已經多年運行的變頻器,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!

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?三?質量低劣、偷工減料的少部分國產變頻器,模塊極易損壞

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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,但可以通過技術進步,提高生產力等方式來提高自身產品的競爭力。

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。

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1、質量低劣、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。

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2、逆變模塊的容量選取,一般應達到額定電流的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,模塊應選用150A至200A的。用100A的則偏小。但部分生產廠商,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!現場安裝此類變頻器的工作人員都害了怕,遠遠地用一支木棍來按壓操作面板的啟動按鍵。

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容量偏小的模塊,又要能勉強運行,模塊超負荷工作,保護電路形成同虛設(按變頻器的標注功率容量來保護而不是按模塊的實際容量值來保護),模塊不出現頻繁炸毀,才真是不正常了。

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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。

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這第三種模塊損壞的原因本來不應該成為一種原因的,但愿不遠的將來,模塊損壞的原因,只剩下前兩種原因。

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對國產變頻器來說,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,與國外產品相比毫不遜色,且質優價廉的呀。


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