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2008年 9月 |
作者： 劉文華 |
僅 供 內(nèi) 部 參 考 |
隨著工廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，變頻器具有調(diào)速方便、性能可靠、節(jié)能顯著等優(yōu)點(diǎn)，日益成為重要的驅(qū)動(dòng)和控制設(shè)備，廣泛應(yīng)用于紡織、石化、冶金、起重、拉絲、啤酒飲料、樓宇控制等行業(yè)。由于變頻器使用的電子元件是有使用壽命的，同時(shí)安裝環(huán)境、電網(wǎng)電壓等因素影響變頻器的使用壽命。要確保變頻器可靠連續(xù)地運(yùn)行，延長(zhǎng)使用壽命，關(guān)鍵在于日常維護(hù)保養(yǎng)。
一、變頻器的基本結(jié)構(gòu)：
上圖為變頻器的結(jié)構(gòu)圖，變頻器主要有以下四個(gè)部分組成：
1． 整流器
整流器的功能就是將輸入三相交流電整流為直流電。整流器有兩種基本類(lèi)型：可控的和不可控的。不可控整流器由二極管組成，可控整流器含氧的
2． 逆變器
逆變器是變頻器的輸出環(huán)節(jié)，逆變器能將直流電變換為任意頻率的交流電，當(dāng)前逆變器幾乎全部由絕緣門(mén)極場(chǎng)效應(yīng)晶體管（IGBT）組成，早期的逆變器大多是用大功率晶體管組成的。
3． 中間電路
中間電路的功能是濾波和儲(chǔ)能，主要由高壓大容量電解電容和電抗器構(gòu)成，電容近似為理想電壓源，為逆變器提供輸入電源。
4． 控制電路
控制電路負(fù)責(zé)采集主回路信號(hào)、接收控制命令、控制逆變器IGBT門(mén)極觸發(fā)、提供人機(jī)接口等全部控制工作。
二、影響變頻器使用壽命的主要因素：
根據(jù)變頻器的結(jié)構(gòu)，變頻器內(nèi)部的元器件主要有電阻、電容、電感、半導(dǎo)體器件、PCB板和散熱風(fēng)機(jī)等。合理設(shè)計(jì)的電感、電阻和PCB板服務(wù)壽命很長(zhǎng)，但是環(huán)境對(duì)電阻或PCB板等部件的使用壽命還是有很大影響。半導(dǎo)體器件本身的平均壽命長(zhǎng)達(dá)10000年（晶體管的封裝和引線焊接壽命要比這短得多），所以一般不討論半導(dǎo)體器件的主動(dòng)失效問(wèn)題；主回路大功率晶體管和二極管的損壞通常是由于過(guò)壓、過(guò)流和過(guò)熱這三個(gè)極端因素造成的。
冷卻風(fēng)機(jī)是有使用壽命的，主要因?yàn)槔鋮s風(fēng)機(jī)的軸承有使用壽命，目前最好的能做到50000小時(shí)，大概相當(dāng)于滿(mǎn)轉(zhuǎn)速連續(xù)使用5年。因此丹佛斯的風(fēng)機(jī)控制要采用智能控制，當(dāng)散熱片的溫度低于40℃時(shí)，冷卻風(fēng)機(jī)是不運(yùn)轉(zhuǎn)的；然后隨著散熱片的溫度增加，轉(zhuǎn)速也逐步增加，直到滿(mǎn)轉(zhuǎn)速為止。這樣可以盡量延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)使用壽命。
大容量鋁電解電容是有使用壽命的，壽命長(zhǎng)短與產(chǎn)品選型、環(huán)境溫度和充電電流的有效值有關(guān)。丹佛斯變頻器使用溫度最高壽命最長(zhǎng)的電解電容，再加上主回路采用LC濾波，大大抑制了充電電流有效值，因此丹佛斯變頻器電解電容的使用壽命與整機(jī)相當(dāng)。
三、使用中容易造成變頻器損壞或縮短變頻器使用壽命的主要原因：
1. 運(yùn)行環(huán)境不良
環(huán)境不良包括環(huán)境濕度太大，環(huán)境中含腐蝕性氣體，環(huán)境太臟或太油，運(yùn)行環(huán)境溫度過(guò)高等狀況。其中環(huán)境濕度太大會(huì)降低變頻器內(nèi)部的絕緣引起放電擊穿，導(dǎo)致PCB板發(fā)霉進(jìn)而發(fā)生導(dǎo)線霉斷或接插件接觸不良，還會(huì)加速銅排和金屬結(jié)構(gòu)件氧化，導(dǎo)致主回路或動(dòng)力端子排接觸不良。環(huán)境中含腐蝕性氣體，環(huán)境太臟或太油對(duì)PCB板和小型電子元器件的損害較大，會(huì)顯著降低變頻器的使用壽命。丹佛斯為應(yīng)對(duì)環(huán)境腐蝕問(wèn)題，采取了對(duì)所有PCB加噴增強(qiáng)型涂層的措施，但是市場(chǎng)上還有許多變頻器是不采取任何PCB板防護(hù)措施的。環(huán)境太臟還會(huì)破環(huán)風(fēng)機(jī)葉輪的動(dòng)平衡，引起風(fēng)機(jī)額外的振動(dòng)，這會(huì)大大縮短風(fēng)機(jī)軸承的使用壽命。運(yùn)行環(huán)境溫度過(guò)高會(huì)影響電阻、半導(dǎo)體器件、電解電容和風(fēng)機(jī)等許多部件的使用壽命，而且這些部件的壽命通常與環(huán)境溫度是指數(shù)相關(guān)的，如工作溫度每降低10℃，電解電容的使用壽命就延長(zhǎng)1倍。因此維護(hù)好變頻器的散熱通道，保證散熱風(fēng)機(jī)可靠正常工作對(duì)于延長(zhǎng)變頻器的使用壽命有著非常重要意義。
2. 變頻器輸出短路或?qū)Φ囟搪?/DIV>
短路可能是電機(jī)相間短路，電機(jī)對(duì)地短路，電機(jī)電纜線絕緣不良或表皮磨破對(duì)地短路造成的。變頻器的逆變模塊IGBT對(duì)短路過(guò)流的耐受時(shí)間非常之短，通常不允許短路時(shí)間超過(guò)10μS，因此變頻器都有非常快速的過(guò)流檢測(cè)和保護(hù)電路，但是盡管如此，由于短路時(shí)的電流值很大（約為額定值的10倍），會(huì)令半導(dǎo)體器件承受巨大應(yīng)力，一般半導(dǎo)體廠商都認(rèn)為短路過(guò)流是不能周期性重復(fù)的，而且短路過(guò)流保護(hù)具有概率特性，即短路過(guò)流保護(hù)不是100%成功的。頻繁輸出短路尤其是輸出對(duì)地短路對(duì)變頻器會(huì)造成非常致命的損害，所以需要日常檢查電機(jī)和電機(jī)電纜線的絕緣狀況，才能保障設(shè)備正常可靠地運(yùn)行。
3. 輸入電網(wǎng)突波或浪涌電壓太高
輸入電壓突波的主要成因有雷電直接擊中電網(wǎng)，電網(wǎng)中大感性負(fù)載分?jǐn)啵笮凸β室驍?shù)補(bǔ)償器分合閘，同一段電網(wǎng)中有大的直流電機(jī)負(fù)載，負(fù)載短路電源跳閘，電源線絕緣不良打火等諸種。輸入突波電壓或浪涌電壓會(huì)造成變頻器輸入整流模塊的致命損壞。由于電網(wǎng)電壓突波來(lái)自于外部，變頻器本身無(wú)法作主動(dòng)性保護(hù)，只能作被動(dòng)保護(hù)，保護(hù)的主要辦法為在變頻器電源進(jìn)線側(cè)加裝金屬氧化物壓敏電阻和高頻吸收電容，在整流模塊上加裝吸收電容或靜電放電管。變頻器的輸入突波電壓保護(hù)通常總是按照某固定的標(biāo)準(zhǔn)的，能滿(mǎn)足絕大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合的需求，但是并不適合少數(shù)極端應(yīng)用環(huán)境。如果在日常檢查中發(fā)現(xiàn)變頻器壓敏電阻有損壞情況，或調(diào)查發(fā)現(xiàn)以前發(fā)生過(guò)前級(jí)自動(dòng)開(kāi)關(guān)跳脫事件，則需要考慮外部加裝浪涌吸收器和快速熔斷器。
四、結(jié)論：延長(zhǎng)變頻器的使用壽命，關(guān)鍵在于日常維護(hù)保養(yǎng)
綜上所述，為確保變頻器可靠連續(xù)地運(yùn)行，延長(zhǎng)變頻器的使用壽命，關(guān)鍵在于日常維護(hù)保養(yǎng)。同時(shí)應(yīng)當(dāng)從維護(hù)保養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題出發(fā)，針對(duì)外部使用環(huán)境、電網(wǎng)質(zhì)量等方面改進(jìn)實(shí)際應(yīng)用中的不良影響進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確地處理。
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