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過(guò)電流保護

在變頻器維修中,過(guò)電流保護的對象主要指帶有突變性質(zhì)的、電流的峰值超過(guò)了變頻器的容許值的情形.

由于逆變器的過(guò)載能力較差,變頻器的過(guò)電流保護是至關(guān)重要的一環(huán),迄今為止,已發(fā)展得十分完善.

一、過(guò)電流的原因

1、工作中過(guò)電流即拖動(dòng)系統在工作過(guò)程中出現過(guò)電流.其原因大致來(lái)自以下幾方面:

① 電動(dòng)機遇到?jīng)_擊負載,或傳動(dòng)機構出現“卡住”現象,引起電動(dòng)機電流的突然增加.

② 變頻器的輸出側短路,如輸出端到電動(dòng)機之間的連接線(xiàn)發(fā)生相互短路,或電動(dòng)機內部發(fā)生短路等.

③ 變頻器自身工作的不正常,如逆變橋中同一橋臂的兩個(gè)逆變器件在不斷交替的工作過(guò)程中出現異常。例如由于環(huán)境溫度過(guò)高，或逆變器件本身老化等原因，使逆變器件的參數發(fā)生變化，導致在交替過(guò)程中，一個(gè)器件已經(jīng)導通、而另一個(gè)器件卻還未來(lái)得及關(guān)斷，引起同一個(gè)橋臂的上、下兩個(gè)器件的“直通”，使直流電壓的正、負極間處于短路狀態(tài)。

2、升速時(shí)過(guò)電流 當負載的慣性較大，而升速時(shí)間又設定得太短時(shí)，意味著(zhù)在升速過(guò)程中，變頻器的工作效率上升太快，電動(dòng)機的同步轉速迅速上升，而電動(dòng)機轉子的轉速因負載慣性較大而跟不上去，結果是升速電流太大。

3、降速中的過(guò)電流 當負載的慣性較大，而降速時(shí)間設定得太短時(shí)，也會(huì )引起過(guò)電流。因為，降速時(shí)間太短，同步轉速迅速下降，而電動(dòng)機轉子因負載的慣性大，仍維持較高的轉速，這時(shí)同樣可以是轉子繞組切割磁力線(xiàn)的速度太大而產(chǎn)生過(guò)電流。

二、處理方法

1、 起動(dòng)時(shí)一升速就跳閘，這是過(guò)電流十分嚴重的現象，主要檢查

① 工作機械有沒(méi)有卡住

② 負載側有沒(méi)有短路，用兆歐表檢查對地有沒(méi)有短路

③ 變頻器功率模塊有沒(méi)有損壞

④ 電動(dòng)機的起動(dòng)轉矩過(guò)小，拖動(dòng)系統轉不起來(lái)

2、 起動(dòng)時(shí)不馬上跳閘，而在運行過(guò)程中跳閘，主要檢查

① 升速時(shí)間設定太短，加長(cháng)加速時(shí)間

② 減速時(shí)間設定太短，加長(cháng)減速時(shí)間

③ 轉矩補償(U/F比)設定太大，引起低頻時(shí)空載電流過(guò)大

④ 電子熱繼電器整定不當，動(dòng)作電流設定得太小，引起變頻器誤動(dòng)作

電壓保護

1、 過(guò)電壓保護

產(chǎn)生過(guò)電壓的原因及處理方法：

① 電源電壓太高

② 降速時(shí)間太短

③ 降速過(guò)程中，再生制動(dòng)的放電單元工作不理想，來(lái)不及放電，請增加外接制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元

④ 請檢查放電回路有沒(méi)有發(fā)生故障，實(shí)際并不放電；對于小功率的變頻器很有放電電阻損壞

2、 欠電壓保護

產(chǎn)生欠電壓的原因及處理方法：

① 電源電壓太低

② 電源缺相；

③ 整流橋故障：如果六個(gè)整流二極管中有部分因損壞而短路，整流后的電壓將下降，對于整流器件和晶閘管的損壞，應注意檢查，及時(shí)更換。

逆變器件的介紹：

1.SCR和GTO晶閘管

⑴普通晶閘管SCR 曾稱(chēng)可控硅，它有三個(gè)極：陽(yáng)極，陰極和門(mén)極。

SCR的工作特點(diǎn)是，當在門(mén)極與陰極間加一個(gè)不大的正向電壓（G為+，K為—）時(shí)，SCR即導通，負載Rl中就有電流流過(guò)。導通后，取消門(mén)極電壓，SCR仍保持導通狀態(tài)。只有當陽(yáng)極電路的電壓為0或負值時(shí)，SCR才關(guān)斷。只需要用一個(gè)脈沖信號，就可以控制其導通了，故它常用于可控整流。

作為一種無(wú)觸點(diǎn)的半導體開(kāi)關(guān)器件，其允許反復導通和關(guān)斷的次數幾乎是無(wú)限的，并且導通的控制也十分方便。這是一般的“通-斷開(kāi)關(guān)”所望塵莫及的，從而使實(shí)現異步電動(dòng)機的變頻調速取得了突破。但由于變頻器的逆變電路是在直流電壓下工作的，而SCR在直流電壓下又不能自行關(guān)斷，要實(shí)現逆變，還必須增加輔助器件和相應的電路來(lái)幫助它關(guān)斷。當時(shí)的變頻調速裝置在個(gè)別領(lǐng)域（如風(fēng)機和泵類(lèi)負載）已經(jīng)能夠實(shí)用，但未能進(jìn)入大范圍的普及應用階段。

⑵門(mén)極關(guān)斷（GTO）晶閘管 SCR在一段時(shí)間內，幾乎是能夠承受高電壓和大電流的唯一半導體器件。針對SCR的缺點(diǎn)，人們很自然地把努力方向引向了如何使晶閘管具有關(guān)斷能力這一點(diǎn)上，并而開(kāi)發(fā)出了門(mén)極關(guān)斷晶閘管。

GTO晶閘管的基本結構和SCR類(lèi)似，它的三個(gè)極也是：陽(yáng)極（A）、陰極（K）和門(mén)極（G）。其圖行符號也和SCR相似，只是在門(mén)極上加一短線(xiàn)，以示區別。

GTO晶閘管的基本電路和工作特點(diǎn)是：

①在門(mén)極G上加正電壓或正脈沖（開(kāi)關(guān)S和至位置1）GTO晶閘管即導通。其后，撤消控制信號（開(kāi)關(guān)回到位置0），GTO晶閘管仍保持導通。可見(jiàn)，GTO晶閘管的導通過(guò)程和SCR的導通過(guò)程完全相同。

②如在G、K間加入反向電壓或較強的反向脈沖（開(kāi)關(guān)和至位置2），可使GTO晶閘管關(guān)斷。　用GTO晶閘管作為逆變器件取得了較為滿(mǎn)意的結果，但其關(guān)斷控制較易失敗，故仍較復雜，工作頻率也不夠高。而幾乎是大功率管（GTR）迅速發(fā)展了起來(lái)，使GTO晶閘管相形見(jiàn)絀。在大量的中小容量變頻器中，GTO晶閘管已基本不用。但其工作電流大，故在大容量變頻器中，仍居主要地位。

逆變器件的介紹：上次我們向大家介紹了普通晶閘管（SCR）和門(mén)極關(guān)斷晶閘管（GTO），最重要是讓大家了解變頻器中逆變器件是如何工作的，它們起到什么作用！我們講：大功率晶體管（GTR）-大功率晶體管，也叫雙極結型晶體管（BJT）。

1、 變頻器用的GTR一般都是（復合管）模塊，其內部有三個(gè)極分別是集電極C、發(fā)射極E和基極B。根據變頻器的工作特點(diǎn)，在晶體管旁還并聯(lián)了一個(gè)反向連接的續流二極管。又根據逆變橋的特點(diǎn)，常做成雙管模塊，甚至可以做成6管模塊。

2、 工作時(shí)狀態(tài) 和普通晶體管一樣，GTR也是一種放大器件，具有三種基本的工作狀態(tài)：

⑴放大狀態(tài) 起基本工作特點(diǎn)是集電極電流Ic的大小隨基極電流Ib而變　 Ic=βIb 　式中β------GTR的電流放大倍數。

GTR處于放大狀態(tài)時(shí)，其耗散功率Pc較大。設Uc=200V，Rc=10Ω，β=50，Ib=200mA（0.2A）　計算如下：Ic= βIb=50*0.2A=10A 　 Uce=Uc-IcRc=(200-10*10)V=100V 　 Pc=UceIc=100*10W=1000W=1KW 　⑵飽和狀態(tài) Ib增大時(shí)，Ic隨之而增大的狀態(tài)要受到歐姆定律的制約。當　βIb>Uc/Rc　 時(shí)，Ic=βIb的關(guān)系便不能再維持了，這時(shí)，GTR開(kāi)始進(jìn)入“飽和"狀態(tài)。而當　Ic的大小幾乎完全由歐姆定律決定，即 Ics≈Uc/Rc 　時(shí)，GTR便處于深度飽和狀態(tài)（Ics 為飽和電流）。這時(shí)，GTR的飽和壓降Uces約 為1-5V。

GTR處于飽和狀態(tài)時(shí)的功耗是很小的。上例中，設Uces=2V，則　 Ics=Uc/Rc=200/10A=20A 　 Pc=UcesIcs=2*20W=40W

可見(jiàn)，與放大狀態(tài)相比，相差甚遠。

⑶截止狀態(tài) 即關(guān)斷狀態(tài)。這是基極電流Ib≤0的結果。

在截止狀態(tài)，GTR只有很微弱的漏電流流過(guò)，其功耗是微不足道的。

GTR在逆變電路中是用來(lái)作為開(kāi)關(guān)器件的，工作過(guò)程中，總是在飽和狀態(tài)間進(jìn)行交替。逆變用的GTR的額定功耗通常是很小的。而如上述，如果GTR處于放大狀態(tài)，其功耗將增大達百倍以上。逆變電路中的GTR是不允許在放大狀態(tài)下小作停留的。

3.主要參數

⑴在截止狀態(tài)時(shí)

①擊穿電壓Uceo和Ucex：能使集電極C和發(fā)射極E之間擊穿的最小電壓。基極B開(kāi)路是用　Uceo表示，B、E間接入反向偏壓時(shí)用Ucex 表示。在大多數情況下，這兩個(gè)數據是相等的。

②漏電流Iceo 和 Icex：截止狀態(tài)下，從C極流向E極的電流。B極開(kāi)路時(shí)為 Iceo，B、E間反偏時(shí)為 Icex。

⑵在飽和狀態(tài)時(shí)

① 集電極最大電流Icm：GTR飽和導通是的最大允許電流。

② 飽和壓降Uces：當GTR飽和導通時(shí)，C、E間的電壓降。

⑶在開(kāi)關(guān)過(guò)程中

① 開(kāi)通時(shí)間Ton：從B極通入正向信號電流時(shí)起，到集電極電流上升到0.9 Ics 所需要的時(shí)間。

② 關(guān)斷時(shí)間Toff：從基極電流撤消時(shí)起，至Ic下降至0.1 Ics 所需的時(shí)間

開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間將直接影響到SPWM調制是的載波頻率。通常，使用GTR做逆變管時(shí)的載波頻率底于2KHz。

4.變頻器用GTR的選用

⑴Uceo 通常按電源線(xiàn)電壓U峰值的2倍來(lái)選擇。

Uceo≥2廠(chǎng)2U 　在電源電壓為380V的變頻器中，應有 Uceo≥2廠(chǎng)2U*380V=1074.8V，故選用 Uceo=1200V的GTR是適宜的。

⑵Icm 按額定電流In峰值的2倍來(lái)選擇　 Icm≥2廠(chǎng)2 In 　 GTR是用電流信號進(jìn)行驅動(dòng)的，所需驅動(dòng)功率較大，故基極驅動(dòng)系統比較復雜，并使工作頻率難以提高，這是其不足之處。 今天我告訴大家的是MOSFET以及IGBT

1、 功率場(chǎng)效應晶體管（POWER MOSFET） 它的3個(gè)極分別是源極S、漏極D和柵極G

其工作特點(diǎn)是，G、S間的控制信號是電壓信號Ugs。改變Ugs的大小，主電路的漏極電流Id也跟著(zhù)改變。由于G、S間的輸入阻抗很大，故控制電流幾乎為0，所需驅動(dòng)功率很小。和GTR相比，其驅動(dòng)系統比較簡(jiǎn)單，工作頻率也比較高。MOSFET還具有熱穩定性好、安全工作區大 等優(yōu)點(diǎn)。

功率場(chǎng)效應晶體管在提高擊穿電壓和增大電流方面進(jìn)展較慢，故在變頻器中的應用尚不能居主導地位。

2、 絕緣柵雙極晶體管（IGBT） IGBT是MOSFET和GTR相結合的產(chǎn)物，是柵極為絕緣柵結構（MOS結構）的晶體管，它的三個(gè)極分別是集電極C、發(fā)射極E和柵極G。

工作特點(diǎn)是，控制部分與場(chǎng)效應晶體管相同，控制信號為電壓信號Uge,輸入阻抗很高，柵極電流I≈0，故驅動(dòng)功率很小。而起主電路部分則與GTR相同，工作電流為集電極電流I。

至今，IGBT的擊穿電壓也已做到1200V，集電極最大飽和電流已超過(guò)1500A，由IGBT作為逆變器件的變頻器容量已達到250KVA以上。

其工作頻率可達20KHZ。由IGBT作為逆變器件的變頻器的載波頻率一般都在10KHZ以上，故電動(dòng)機的電源波形比較平滑，基本無(wú)電磁噪聲。

在變頻器工作時(shí)，流過(guò)變頻器的電流是很大的, 變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的，不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響

通常，變頻器安裝在控制柜中。我們要了解一臺變頻器的發(fā)熱量大概是多少. 可以用以下公式估算: 　 發(fā)熱量的近似值= 變頻器容量（KW）×55 [W]

在這里, 如果變頻器容量是以恒轉矩負載為準的 (過(guò)流能力150% * 60s)

如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器, 并且也在柜子里面, 這時(shí)發(fā)熱量會(huì )更大一些。 電抗器安裝在變頻器側面或測上方比較好。

這時(shí)可以用估算: 變頻器容量（KW）×60 [W]

因為各變頻器廠(chǎng)家的硬件都差不多, 上式可以針對各品牌的產(chǎn)品.

注意： 如果有制動(dòng)電阻的話(huà)，因為制動(dòng)電阻的散熱量很大， **安裝位置**和變頻器隔離開(kāi)， 如裝在柜子上面或旁邊等。

那么, 怎樣才能降低控制柜內的發(fā)熱量呢?

當變頻器安裝在控制機柜中時(shí)，要考慮變頻器發(fā)熱值的問(wèn)題。

根據機柜內產(chǎn)生熱量值的增加，要適當地增加機柜的尺寸。要使控制機柜的尺寸盡量減小，就必須要使機柜中產(chǎn)生的熱量值盡可能地減少。

如果在變頻器安裝時(shí)，把變頻器的散熱器部分放到控制機柜的外面，將會(huì )使變頻器有70%的發(fā)熱量釋放到控制機柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量，對大容量變頻器更加有效。

還可以用隔離板把本體和散熱器隔開(kāi), 使散熱器的散熱不影響到變頻器本體。這樣效果也很好。　注意：變頻器散熱設計中都是以垂直安裝為基礎的，橫著(zhù)放散熱會(huì )變差的!

冷卻風(fēng)扇

一般功率稍微大一點(diǎn)的變頻器， 都帶有冷卻風(fēng)扇。也建議在控制柜上出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇。進(jìn)風(fēng)口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進(jìn)入控制柜。 注意控制柜和變頻器上的風(fēng)扇都是要的，不能誰(shuí)替代誰(shuí)。

其他關(guān)于散熱的問(wèn)題

在海拔高于1000m的地方，因為空氣密度降低，應加大柜子的冷卻風(fēng)量以改善冷卻效果。理論上變頻器也應考慮降容，1000m每-5%。但由于實(shí)際上因為設計上變頻器的負載能力和散熱能力一般比實(shí)際使用的要大， 也要看具體應用。 比方說(shuō)在1500m的地方，周期性負載，如電梯，就不必要降容。

2。 開(kāi)關(guān)頻率：變頻器的發(fā)熱主要來(lái)自于IGBT， IGBT的發(fā)熱有集中在開(kāi)和關(guān)的瞬間。 開(kāi)關(guān)頻率高時(shí)自然變頻器的發(fā)熱量就變大了。 有的廠(chǎng)家宣稱(chēng)降低開(kāi)關(guān)頻率可以擴容， 就是這個(gè)道理。