一、由負載的異常引起的損壞
誠然,變頻器的保護電路已經相當?shù)耐晟?。對于價值昂貴的逆變模塊的保護,各個變頻器的廠家都在其保護電路上做足了功夫,從輸出電流來檢測到驅動電路的IGBT管壓降檢測的,并努力追求以最快的應變速度實施最快速的過載保護!且從電壓檢測到電流檢測,從模塊的溫度檢測到缺相輸出的檢測等,暫時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的。從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,在工頻的狀態(tài)下能夠運行,雖然運行的電流較之額定的電流稍大,如長時間的運行有一定的溫升。且這是一臺帶病的電機,在燒掉之前確實是能夠正常運行的。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,在工頻的狀態(tài)下能夠運行,用戶已經正常的使用多年了,請注意“多年”兩個字。用戶想到的要節(jié)約電費,或因工藝問題改造的原因,需要進行變頻的改造。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??膳碌氖牵冾l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!
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,才能達到一半的額定電流;測測三相供電,380V,平衡和穩(wěn)定得很。真像是變頻器的損壞了,連帶著損壞的電機。
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“病入膏肓”了,突然發(fā)作,捎帶著損壞了變頻器的!
運行多年的電機,因電機的運行的溫升和受潮等原因,繞組的絕緣的程度已大大降低,甚至有了明顯的絕緣缺陷了,處于電壓的擊穿的臨界點上。工頻供電情況下,電機的繞組輸入的是三相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(xiàn)象,電機還在“正常運行”。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(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”多了:變頻器的輸出的PWM波形,實為數(shù)kHz乃至十幾kHz的載波的電壓,在電機的繞組供電回路中,還會產生了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的速度越快,電感的感生的電壓也越高。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的,因不耐高頻的載波下感生電壓的沖擊,于是繞組匝間或相間的電壓的擊穿產生了。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。
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。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(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,已經無法承受而炸裂損壞了。
由此看出,只保護電路不是萬能的,任何的保護電路都有它的“軟肋”所在。變頻器對全速的運行中,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。而不唯變頻器保護的電路,任何電機保護器,對此類突發(fā)故障,都不能的實施有效的保護。此類的突發(fā)故障出現(xiàn)時,只能宣告:該臺的電機確實已經“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。
其它由供電或負載的方面引起的原因,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。
二、由變頻器的本身電路不良造成的模塊損壞
1、 由驅動電路不良對模塊會造成一級危害
由驅動電路的供電的方式可知,一般由正、負兩個電源供電。+15V電壓提供的IGBT管子的激勵電壓,使其開通。-5V提供IGBT管子的截止的電壓,使的其可靠和快速的截止。當+15V的電壓不足或丟失時,相應的IGBT管子不能開通的,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的信號,即可由模塊的故障檢測電路報出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!
2、脈沖傳遞的通路不良,也將對模塊的形成威脅
由CPU輸出的6路PWM的逆變脈沖,常經六反相(同相)緩沖器,再送入驅動IC的輸入腳的,且由CPU到驅動IC,再到逆變的模塊的觸發(fā)端子,6路信號中只要有一路中斷——
三、質量低劣、偷工減料的少部分國產的變頻器,模塊極易損壞
這是國民的劣根性的一種體現(xiàn),民族之癢啊。不錯,近幾年變頻器的市場的競爭日趨激烈,變頻器的利潤空間也是越來越狹窄的,但可以通過技術而進步,提高的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、并用減小的模塊容量偷工減料的方式,來增加了自己的市場占有率,事實是不明智之舉呀,純屬一個目光的短淺的短期行為呀。
這類機器,因價格低廉,且初上市好像很“火”,都是用不了多長時間的,廠家也唯有倒閉一途了。
這第三種模塊的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,且剩下前兩種原因。
如對國產變頻器來說,有時候是一粒老鼠的糞壞了一鍋湯啊。好多變頻器也還是不錯的,與國外的產品相比毫不遜色,且質優(yōu)價廉的呀。
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