工業(yè)水泵的應用必不可少,用戶在使用中,認為明明安裝了變頻器控制,電機怎么還會燒機呢,是水泵的問題還是電機質(zhì)量的問題呢,下面看看水泵使用變頻器會不會燒機;
一、由負載異常引起的損壞
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動電路的IGBT管壓降檢測,并努力追求以快的應變速度實施快速的過載保護!
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。
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。
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。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。
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、由驅動電路不良對模塊會造成一級危害
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(fā)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(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、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。
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!
3、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,再送入驅動IC的輸入腳,由CPU到驅動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。導通時的管壓降是經(jīng)模塊故障檢測電路檢測處理的,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,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。
4、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。
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
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(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(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,遠遠地用一支木棍來按壓操作面板的啟動按鍵。