變頻器逆變輸出模塊損壞的原因之——由負載異常引起的損壞

誠然，變頻器的保護電路已經(jīng)相當(dāng)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，并努力追求以快的應(yīng)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quanmian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(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，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。

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，請注意“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。用戶賴了銷售人員一把：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(wěn)定得很。真像是變頻器的損壞，連帶著損壞了電機。

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(jīng)“病入膏肓”，突然發(fā)作，捎帶著損壞了變頻器！

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”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。

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wan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。

矢量型變頻器的原理

矢量變頻器技術(shù)是基于DQ軸理論而產(chǎn)生的,它的基本思路是把電機的電流分解為D軸電流和Q軸電流,其中D軸電流是勵磁電流,Q軸電流是力矩電流,這樣就可以把交流電機的勵磁電流和力矩電流分開控制,使得交流電機具有和直流電機相似的控制特性,是為交流電機設(shè)計的一種理想的控制理論,大大提高了交流電機的控制特性.不過目前這種控制理論已經(jīng)不僅僅應(yīng)用在交流異步電動機上了,直流變頻電動機(BLDC,也就是永磁同步電動機)也大量使用該控制理論. 　　

矢量與向量是數(shù)學(xué)上矢量（向量）分析的一種方法或概念，兩者是同一概念，只是叫法不同，簡單的定義是指既具有大小又具有方向的量。矢量是我們(大陸)的說法,向量的說法一般是港臺地區(qū)的文獻是用的.意義和"布什"和"布希"的意思大致一樣.矢量控制主要是一種電機模型解耦的概念. 　　

在電氣領(lǐng)域主要用于分析交流電量，如電機分析，等，在變頻器中的應(yīng)用即基于電機分析的理論進行變頻控制的，稱為矢量控制型變頻器，實現(xiàn)的方法不是唯y的，但數(shù)學(xué)模型基本一致。 　　

1　引言 　　交流電機矢量控制理論是德國學(xué)者K Hass和FBlaschke建立起來的，作為交流異步電機控制的一種方式，矢量控制技術(shù)已成為變頻調(diào)速系統(tǒng)的s選方案交流電機的矢量控制技術(shù)是基于交流電機的動態(tài)模型，通過建立交流電機的空間矢量圖，采用磁場定向的方法將定子電流分解為與磁場方向一致的勵磁分量和與磁場方向正交的轉(zhuǎn)矩分量，并分別對磁通和力矩進行控制，而使異步電機可以像他勵直流電機一樣控制。隨著計算機技術(shù)飛速發(fā)展，功能強大的數(shù)字信號處理器（DSP）的廣泛應(yīng)用使得矢量控制逐漸走向了實用化。 　　

DSP按數(shù)據(jù)格式可分為定點DSP和浮點DSP兩類?？紤]到價格原因，早期的矢量控制器多采用定點DSP，而浮點數(shù)運算要經(jīng)過軟件處理，因此增加了軟件的復(fù)雜性。隨著浮點DSP性價比的提高，更多的矢量控制器將采用浮點DSP。而要完成電機的控制，PWM調(diào)制必須進行優(yōu)化設(shè)計。在這種情況下，一個DSP很難完成矢量控制器和優(yōu)化的PWM調(diào)制兩項工作，需要雙機協(xié)同工作才能完成的矢量控制系統(tǒng)。本文基于TI公司的浮點DSP芯片TMS320VC33和TMS320F240設(shè)計了雙微機結(jié)構(gòu)的矢量控制系統(tǒng)。TMS320VC33主要完成矢量控制計算，發(fā)揮它浮點數(shù)運算快的特點，而TMS320F240用硬件實現(xiàn)PWM調(diào)制功能。本文給出一全數(shù)字化的雙DSP矢量控制系統(tǒng)，并在1．5kW籠型異步電機上進行了實驗，取得了良好效果。 　

2　矢量控制的原理 　　矢量控制技術(shù)通過坐標(biāo)變換，將三相系統(tǒng)等效變換為M－T兩相系統(tǒng)，將交流電機定子電流矢量分解成兩個直流分量（即磁通分量和轉(zhuǎn)矩分量），從而達到分別控制交流電動機的磁通和轉(zhuǎn)矩的目的，因而可獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣好的控制效果。 　　

3　系統(tǒng)組成及設(shè)計 　　基于雙DSP矢量控制的三相籠型異步電機驅(qū)動系統(tǒng)的系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖，該變頻器采用交直交電壓型結(jié)構(gòu)和SVPWM脈寬調(diào)制方式。系統(tǒng)由三相整流器、濾波電容、電壓型逆變器、逆變器驅(qū)動電路、三相籠型異步電機和雙DSP控制系統(tǒng)構(gòu)成。 　　

其中雙DSP控制系統(tǒng)由VC33子系統(tǒng)，F(xiàn)240子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)交換單元三部分構(gòu)成。矢量控制以VC33芯片為核心，用來完成矢量控制核心算法，及兩相電流檢測。F240主要完成三相PWM波形生成，電機測速及過壓保護功能。數(shù)據(jù)交換部分采用雙端口RAM，可使兩個DSP芯片迅速、方便地交換數(shù)據(jù)，增強了雙DSP系統(tǒng)的并行處理能力。

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?節(jié)能變頻器選用10大原則

節(jié)能變頻器選用10大原則

在選用變頻器調(diào)速時，應(yīng)該遵守以下10條原則，作為決定方案的前提。當(dāng)?shù)仉娰M價格高的，在同樣節(jié)電量時，經(jīng)濟收益就更大，這也是必然要考慮的事。

1）變頻器要節(jié)電是有一定條件的。在不影響使用的條件下，適當(dāng)改變工況參數(shù)后，把不合理運行參數(shù)所消耗電能節(jié)省下來，就可做到從一般運行轉(zhuǎn)變成經(jīng)濟運行。

2）要節(jié)能一定要降低頻率，下降值越大，節(jié)電越多。不降低頻率，變頻器原則上是不能節(jié)電的。

3）與電動機負載率有關(guān)。負載率在10%～90%時，節(jié)電率多約8%～10%，負載率低相應(yīng)節(jié)電率高些。但無功節(jié)電率大約40%～50%，是不計電費的。

4）與原來的運行的工況參數(shù)值的合理程度有關(guān)。例如，與壓力、流量、轉(zhuǎn)速等可調(diào)節(jié)的量值大小有關(guān)，可調(diào)整量大，則節(jié)電率就高，否則相反。

5）與原來采用的調(diào)整方式有關(guān)。采用進口或出口閥門方式來調(diào)整運行參數(shù)的，很不經(jīng)濟，若改為變頻器調(diào)速，則經(jīng)濟合理。使用變頻器調(diào)速后，比用人工閥門調(diào)整運行方法，能多節(jié)電達20%～30%.

6）與原來采用的調(diào)速方式有關(guān)。例如，原來用滑差電動機調(diào)速，因調(diào)s效率低，尤其在中、低速時，效率只有50%以下，很不經(jīng)濟，改為變頻器調(diào)速后，把這部分電能節(jié)省下來了。目前輕工、紡織、造紙、印染、塑料、橡膠等行業(yè)中，大多還在使用滑差電動機，故使用變頻器來實現(xiàn)節(jié)能，技術(shù)改造工作是當(dāng)務(wù)之急的事。

7）與電動機工作方式有關(guān)。例如，連續(xù)運轉(zhuǎn)、短時運轉(zhuǎn)、間歇運轉(zhuǎn)的節(jié)電量是不同的。

8）與電動機開動時間長短有關(guān)。例如，一天開機24h，一年開365天的節(jié)電量就大，反之則小。

9）與電動機本身功率大小有關(guān)。同樣節(jié)電率下，功率大的節(jié)電量值大，經(jīng)濟效益就大，哪怕節(jié)電率相對小功率電動機低些，但實際收益較大。

10）與本單位生產(chǎn)工藝設(shè)各重要性有關(guān)。首先要選產(chǎn)品電耗大的、產(chǎn)品成本高的、現(xiàn)用的調(diào)速方式是不夠經(jīng)濟合理的設(shè)各加以改造，改用變頻器后就能有立g見影、事半功倍的效果。