變頻器逆變輸出模塊損壞的原因分析

由負載異常引起的變頻器損壞　　誠然，變頻器的保護電路已經(jīng)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(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。而變頻器的銷售職員，提到變頻器的性能時，也必提及變頻器的保護功能，經(jīng)常不自覺地對用戶許諾：用上變頻器，其全面的保護功能，你的電機就不輕易燒了。這位銷售職員不知道，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，電機倒是更輕易燒了，而電機的輕易燒，使得變頻器逆變模塊也輕易一塊“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，固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。這還沒關(guān)系。

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，請留意“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。用戶賴了銷售職員一把：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，電機似乎是是真的沒有題目，運行得好好的，測測運行電流，由于負荷較輕，才達到一半的額定電流;測測三相供電，380V，平衡和穩(wěn)定得很。真像是變頻器的損壞，連帶著損壞了電機。

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。但題目是，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忽然短路，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。

其它由供電或負載方面引起的原因，如過、欠壓、負載重、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條件下，是能有效保護模塊安全的，模塊的損壞機率將大為減小。在此未幾討論。

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(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(yīng)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(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由于低。

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。 內(nèi)容來自www.dqjsw.com.cn電氣自動化技術(shù)網(wǎng)

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，也很輕易損壞。

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!

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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，進步生產(chǎn)力等方式來進步自身產(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輕易損壞模塊，而且在啟動過程中，模塊經(jīng)常炸裂!現(xiàn)場安裝此類變頻器的工作職員都害了怕，遠遠地用一支木棍來按壓操縱面板的啟動按鍵。

容量偏小的模塊，又要能委曲運行，模塊超負荷工作，保護電路形成同虛設(shè)(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(xiàn)頻繁炸毀，才真是不正常了。

這類機器，因價格低廉，初上市似乎很“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，希望不遠的將來，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)品相比絕不遜色，且質(zhì)優(yōu)價廉的呀。

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