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变频器电压保护

发布时间:2018年10月13日         

  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。

  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(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,其功耗将增大达百倍以上。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IGBT1、 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, 怎样才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。

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