技术系列

      过电流保护
　　在变频器维修中,过电流保护的对象主要指带有突变性质的、电流的峰值超过了变频器的容许值的情形.
　　由于逆变器的过载能力较差,所以变频器的过电流保护是至关重要的一环,迄今为止,已发展得十分完善.
　　一、过电流的原因
　　1、工作中过电流即拖动系统在工作过程中出现过电流.其原因大致来自以下几方面:
　　① 电动机遇到冲击负载,或传动机构出现“卡住”现象,引起电动机电流的突然增加.
　　② 变频器的输出侧短路,如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路,或电动机内部发生短路等.
　　③ 变频器自身工作的不正常,如逆变桥中同一桥臂的两个逆变器件在不断交替的工作过程中出现异常。例如由于环境温度过高，或逆变器件本身老化等原因，使逆变器件的参数发生变化，导致在交替过程中，一个器件已经导通、而另一个器件却还未来得及关断，引起同一个桥臂的上、下两个器件的“直通”，使直流电压的正、负极间处于短路状态。
　　2、升速时过电流 当负载的惯性较大，而升速时间又设定得太短时，意味着在升速过程中，变频器的工作效率上升太快，电动机的同步转速迅速上升，而电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果是升速电流太大。
　　3、降速中的过电流 当负载的惯性较大，而降速时间设定得太短时，也会引起过电流。因为，降速时间太短，同步转速迅速下降，而电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，这时同样可以是转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过电流。
　　二、处理方法
　　1、 起动时一升速就跳闸，这是过电流十分严重的现象，主要检查
　　① 工作机械有没有卡住
　　② 负载侧有没有短路，用兆欧表检查对地有没有短路
　　③ 变频器功率模块有没有损坏
　　④ 电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来
　　2、 起动时不马上跳闸，而在运行过程中跳闸，主要检查
　　① 升速时间设定太短，加长加速时间
　　② 减速时间设定太短，加长减速时间
　　③ 转矩补偿(U/F比)设定太大，引起低频时空载电流过大
　　④ 电子热继电器整定不当，动作电流设定得太小，引起变频器误动作[2]
　　电压保护
　　1、 过电压保护
　　产生过电压的原因及处理方法：
　　① 电源电压太高
　　② 降速时间太短
　　③ 降速过程中，再生制动的放电单元工作不理想，来不及放电，请增加外接制动电阻和制动单元
　　④ 请检查放电回路有没有发生故障，实际并不放电；对于小功率的变频器很有放电电阻损坏
　　2、 欠电压保护
　　产生欠电压的原因及处理方法：
　　① 电源电压太低
　　② 电源缺相；
　　③ 整流桥故障：如果六个整流二极管中有部分因损坏而短路，整流后的电压将下降，对于整流器件和晶闸管的损坏，应注意检查，及时更换。[3]
　　逆变器件的介绍：
　　1.SCR和GTO晶闸管
　　⑴普通晶闸管SCR 曾称可控硅，它有三个极：阳极，阴极和门极。
　　SCR的工作特点是，当在门极与阴极间加一个不大的正向电压（G为+，K为—）时，SCR即导通，负载Rl中就有电流流过。导通后，即使取消门极电压，SCR仍保持导通状态。只有当阳极电路的电压为0或负值时，SCR才关断。所以，只需要用一个脉冲信号，就可以控制其导通了，故它常用于可控整流。
　　作为一种无触点的半导体开关器件，其允许反复导通和关断的次数几乎是无限的，并且导通的控制也十分方便。这是一般的“通-断开关”所望尘莫及的，从而使实现异步电动机的变频调速取得了突破。但由于变频器的逆变电路是在直流电压下工作的，而SCR在直流电压下又不能自行关断，因此，要实现逆变，还必须增加辅助器件和相应的电路来帮助它关断。所以，尽管当时的变频调速装置在个别领域（如风机和泵类负载）已经能够实用，但未能进入大范围的普及应用阶段。
　　⑵门极关断（GTO）晶闸管 SCR在一段时间内，几乎是能够承受高电压和大电流的唯一半导体器件。因此，针对SCR的缺点，人们很自然地把努力方向引向了如何使晶闸管具有关断能力这一点上，并因此而开发出了门极关断晶闸管。
　　GTO晶闸管的基本结构和SCR类似，它的三个极也是：阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。其图行符号也和SCR相似，只是在门极上加一短线，以示区别。
　　GTO晶闸管的基本电路和工作特点是：
　　①在门极G上加正电压或正脉冲（开关S和至位置1）GTO晶闸管即导通。其后，即使撤消控制信号（开关回到位置0），GTO晶闸管仍保持导通。可见，GTO晶闸管的导通过程和SCR的导通过程完全相同。
　　②如在G、K间加入反向电压或较强的反向脉冲（开关和至位置2），可使GTO晶闸管关断。　用GTO晶闸管作为逆变器件取得了较为满意的结果，但其关断控制较易失败，故仍较复杂，工作频率也不够高。而几乎是与此同时，大功率管（GTR）迅速发展了起来，使GTO晶闸管相形见绌。因此，在大量的中小容量变频器中，GTO晶闸管已基本不用。但其工作电流大，故在大容量变频器中，仍居主要地位。
　　逆变器件的介绍：上次我们向大家介绍了普通晶闸管（SCR）和门极关断晶闸管（GTO），最重要是让大家了解变频器中逆变器件是如何工作的，它们起到什么作用！接下来我们讲：大功率晶体管（GTR）-大功率晶体管，也叫双极结型晶体管（BJT）。
　　1、 变频器用的GTR一般都是达林顿晶体管（复合管）模块，其内部有三个极分别是集电极C、发射极E和基极B。根据变频器的工作特点，在晶体管旁还并联了一个反向连接的续流二极管。又根据逆变桥的特点，常做成双管模块，甚至可以做成6管模块。
　　2、 工作时状态 和普通晶体管一样，GTR也是一种放大器件，具有三种基本的工作状态：
　　⑴放大状态 起基本工作特点是集电极电流Ic的大小随基极电流Ib而变　 Ic=βIb 　式中β------GTR的电流放大倍数。
　　GTR处于放大状态时，其耗散功率Pc较大。设Uc=200V，Rc=10Ω，β=50，Ib=200mA（0.2A）　计算如下：Ic= βIb=50*0.2A=10A 　 Uce=Uc-IcRc=(200-10*10)V=100V 　 Pc=UceIc=100*10W=1000W=1KW 　⑵饱和状态 Ib增大时，Ic随之而增大的状态要受到欧姆定律的制约。当　βIb>Uc/Rc　 时，Ic=βIb的关系便不能再维持了，这时，GTR开始进入“饱和"状态。而当　Ic的大小几乎完全由欧姆定律决定，即 Ics≈Uc/Rc 　时，GTR便处于深度饱和状态（Ics 为饱和电流）。这时，GTR的饱和压降Uces约 为1-5V。
　　GTR处于饱和状态时的功耗是很小的。上例中，设Uces=2V，则　 Ics=Uc/Rc=200/10A=20A 　 Pc=UcesIcs=2*20W=40W
　　可见，与放大状态相比，相差甚远。
　　⑶截止状态 即关断状态。这是基极电流Ib≤0的结果。
　　在截止状态，GTR只有很微弱的漏电流流过，因此，其功耗是微不足道的。
　　GTR在逆变电路中是用来作为开关器件的，工作过程中，总是在饱和状态间进行交替。所以，逆变用的GTR的额定功耗通常是很小的。而如上述，如果GTR处于放大状态，其功耗将增大达百北以上。所以，逆变电路中的GTR是不允许在放大状态下小作停留的。
　　3.主要参数
　　⑴在截止状态时
　　①击穿电压Uceo和Ucex：能使集电极C和发射极E之间击穿的最小电压。基极B开路是用　Uceo表示，B、E间接入反向偏压时用Ucex 表示。在大多数情况下，这两个数据是相等的。
　　②漏电流Iceo 和 Icex：截止状态下，从C极流向E极的电流。B极开路时为 Iceo，B、E间反偏时为 Icex。
　　⑵在饱和状态时
　　① 集电极最大电流Icm：GTR饱和导通是的最大允许电流。
　　② 饱和压降Uces：当GTR饱和导通时，C、E间的电压降。
　　⑶在开关过程中
　　① 开通时间Ton：从B极通入正向信号电流时起，到集电极电流上升到0.9 Ics 所需要的时间。
　　② 关断时间Toff：从基极电流撤消时起，至Ic下降至0.1 Ics 所需的时间
　　开通时间和关断时间将直接影响到SPWM调制是的载波频率。通常，使用GTR做逆变管时的载波频率底于2KHz。
　　4.变频器用GTR的选用
　　⑴Uceo 通常按电源线电压U峰值的2倍来选择。
　　Uceo≥2厂2U 　在电源电压为380V的变频器中，应有 Uceo≥2厂2U*380V=1074.8V，故选用 Uceo=1200V的GTR是适宜的。
　　⑵Icm 按额定电流In峰值的2倍来选择　 Icm≥2厂2 In 　 GTR是用电流信号进行驱动的，所需驱动功率较大，故基极驱动系统比较复杂，并使工作频率难以提高，这是其不足之处。 今天我告诉大家的是MOSFET以及IGBT
　　1、 功率场效应晶体管（POWER MOSFET） 它的3个极分别是源极S、漏极D和栅极G
　　其工作特点是，G、S间的控制信号是电压信号Ugs。改变Ugs的大小，主电路的漏极电流Id也跟着改变。由于G、S间的输入阻抗很大，故控制电流几乎为0，所需驱动功率很小。和GTR相比，其驱动系统比较简单，工作频率也比较高。此外，MOSFET还具有热稳定性好、安全工作区大 等优点。
　　但是，功率场效应晶体管在提高击穿电压和增大电流方面进展较慢，故在变频器中的应用尚不能居主导地位。
　　2、 绝缘栅双极晶体管（IGBT） IGBT是MOSFET和GTR相结合的产物，是栅极为绝缘栅结构（MOS结构）的晶体管，它的三个极分别是集电极C、发射极E和栅极G。
　　工作特点是，控制部分与场效应晶体管相同，控制信号为电压信号Uge,输入阻抗很高，栅极电流I≈0，故驱动功率很小。而起主电路部分则与GTR相同，工作电流为集电极电流I。
　　至今，IGBT的击穿电压也已做到1200V，集电极最大饱和电流已超过1500A，由IGBT作为逆变器件的变频器容量已达到250KVA以上。
　　此外，其工作频率可达20KHZ。由IGBT作为逆变器件的变频器的载波频率一般都在10KHZ以上，故电动机的电源波形比较平滑，基本无电磁噪声。
　　在新系列的中小容量变频器中，IGBT已处于绝对优势的地位！
　　市场出现智能性模块，模块中包含了过电流、过电压、低电压、过热等保护，我也相信在今后的发展中能和大家一起学习，共同维护好我们的使命！ $如果要正确的使用变频器, 必须认真地考虑散热的问题. 　！！！变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使, 用寿命减半。 因此，我们要重视散热问题啊！
　　在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响
　　通常，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少. 可以用以下公式估算: 　 发热量的近似值= 变频器容量（KW）×55 [W]
　　在这里, 如果变频器容量是以恒转矩负载为准的 (过流能力150% * 60s)
　　如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器, 并且也在柜子里面, 这时发热量会更大一些。 电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。
　　这时可以用估算: 变频器容量（KW）×60 [W]
　　因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以针对各品牌的产品.
　　注意： 如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大， 因此最好安装位置最好和变频器隔离开， 如装在柜子上面或旁边等。
　　那么, 怎样采能降低控制柜内的发热量呢?
　　当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。
　　根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。
　　如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70%的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。
　　还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。　注意：变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的!
　　冷却风扇
　　一般功率稍微大一点的变频器， 都带有冷却风扇。同时，也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。 注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。
　　其他关于散热的问题
　　在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大， 所以也要看具体应用。 比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。
　　2。 开关频率：变频器的发热主要来自于IGBT， IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。 因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。 有的厂家宣称降低开关频率可以扩容， 就是这个道理。