變頻器的溫升及其試驗(yàn)方法探討

學(xué)習(xí)文檔僅供參考學(xué)習(xí)文檔僅供參考變頻器的溫升及其試驗(yàn)方法探討引言隨著型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用、把握技術(shù)的進(jìn)展、電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)展和國(guó)家節(jié)能減排的需要202330%160億元。一個(gè)品質(zhì)良好的變頻器都應(yīng)該通過(guò)產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證及其完整的試驗(yàn)，試驗(yàn)類型包括型式試驗(yàn)〔typetest〕、出廠試驗(yàn)、抽樣試驗(yàn)、選擇〔特地〕試驗(yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試試驗(yàn)等。溫升試驗(yàn)是型式試驗(yàn)里的很重?cái)?shù)上升，使用壽命隨溫度上升而成指數(shù)下降，環(huán)境溫度上升10度，變頻器使用壽命減半。所以應(yīng)保證變頻器的使用溫度，認(rèn)真考慮其散熱問(wèn)題。變頻器的主要發(fā)熱部位及成因變頻器主電路原理圖如圖1所示，一般分為整流局部、濾波局部和逆變局部及控制局部。變頻器的發(fā)熱機(jī)理及主要發(fā)熱部位量是格外大的。目前主流變頻器的逆變模塊一般承受igbt模塊〔insulatedgatebipolartransistor絕緣柵雙極型晶體管〕，igbtmosfet和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其輸入極為mosfetpnp晶體管，因此，可以把其看作是mos輸入的mosfet雙極型器件容量大的優(yōu)點(diǎn)，igbt作為電壓型把握器件，具有輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、把握電路簡(jiǎn)潔、開(kāi)關(guān)損耗小、通斷速度快、工作頻率高、功率容量大等優(yōu)點(diǎn)，igbt電流tjtjmaxigbt可能損壞。igbttjmax150℃，在任何工作條件下，都不允許超過(guò)，否則要發(fā)生熱擊穿而造成損壞，一般要留余地，在最惡劣條件下，結(jié)溫tj125℃以下，但芯片內(nèi)結(jié)溫監(jiān)測(cè)有難度，所以變頻器的igbt模塊，都在散熱器外表裝有溫控開(kāi)關(guān)，其值在80~85igbt的安全。也有用熱敏電阻進(jìn)展保護(hù)的。igbt的損耗不僅與工作電流大小有關(guān)，更重要的是與變頻器的載波頻率親熱相關(guān)。當(dāng)pwm信號(hào)頻率＞5khz時(shí)開(kāi)關(guān)損耗會(huì)格外顯著，溫升會(huì)明顯增加。igbt的功耗包括穩(wěn)態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗，其動(dòng)態(tài)功耗又包括開(kāi)通功耗和關(guān)斷功耗。其他如半導(dǎo)體器件與導(dǎo)體的連接處、母線〔排〕、浪涌吸取器與主電路的電阻原件等也在變頻器工作時(shí)產(chǎn)生熱量，其溫升極限值在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中也做出相應(yīng)規(guī)定。在使用中導(dǎo)致變頻器溫升上升的幾種因素〔1用環(huán)境條件。如防護(hù)等級(jí)、環(huán)境溫度、通風(fēng)等，這些因素造成溫升上升?！?〕開(kāi)關(guān)頻率：igbt的發(fā)熱有集中在開(kāi)和關(guān)的瞬間。因此開(kāi)關(guān)頻率高時(shí)自然變頻器的發(fā)熱量就變大了。〔3〕變頻器的溫升試驗(yàn)應(yīng)以較嚴(yán)酷等級(jí)試驗(yàn)為依據(jù)，除非與用戶達(dá)成某種協(xié)議。在溫升試驗(yàn)時(shí)應(yīng)選脈寬調(diào)制頻率的上限指明?！?〕風(fēng)道過(guò)濾網(wǎng)堵塞、散熱風(fēng)扇故障及灰塵等?！?〕使用環(huán)境溫度過(guò)高。變頻器溫升設(shè)計(jì)要點(diǎn)溫度上升對(duì)igbt參數(shù)有很大的影響，嚴(yán)峻時(shí)導(dǎo)致失效甚至損壞。溫度上升包含兩igbt中的電磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，主要由于器件中的電阻熱效應(yīng)；一是器件即失效，所以應(yīng)實(shí)行各種途徑降低結(jié)溫或是讓結(jié)溫產(chǎn)生的熱量盡快散發(fā)到環(huán)境中。了解了整流及igbt的模塊的溫度要求，就可確定模塊的散熱器的工作溫度，適宜的工作溫度既可保證其經(jīng)濟(jì)性又可保證其長(zhǎng)期、牢靠、安全地運(yùn)行，比方選擇igbt模塊的80℃作為設(shè)計(jì)依據(jù)，那么溫升值為：k1=80℃-k0=80℃-40℃=40℃其中：k1igbt模塊的散熱器溫升值；k0為最高允許環(huán)境溫度。igbt短時(shí)過(guò)載時(shí)，igbttjmax。按以下公式可計(jì)算出相關(guān)數(shù)值：tj=tc+pt×rth〔j-c〕其中：rth可以在數(shù)據(jù)手冊(cè)中查到，rth〔j-c〕為標(biāo)定的結(jié)殼熱阻，tj為半導(dǎo)體結(jié)溫，pt為器件的總平均功耗〔psw+pss〕，tc為模塊的基板溫度。設(shè)計(jì)中還要參照其它各部位溫升允許值以及其它的要求，如變頻器的效率、防護(hù)不能無(wú)視其它元器件選型的重要性。固然，受設(shè)備的體積和重量等的限制以及性價(jià)比的考慮，散熱系統(tǒng)也不行能無(wú)限制地?cái)U(kuò)大。可在靠近igbt處加裝溫度繼電器、熱敏電阻等，檢測(cè)igbt的工作溫度。把握?qǐng)?zhí)igbt的輸入，保護(hù)其安全。普傳科技研發(fā)的變頻器具有特有的逆變模塊〔igbt〕溫升監(jiān)控功能，風(fēng)扇調(diào)整可控，適時(shí)降低電機(jī)噪音和溫升。igbt安裝固定在散熱器上時(shí)應(yīng)留意以下事項(xiàng)：——由于熱阻隨igbt安裝位置的不同而不同，因此，假設(shè)在散熱器上僅安裝一個(gè)igbtigbtigbt的發(fā)熱狀況留出相應(yīng)的空間；〔1〕使用帶紋路的散熱器時(shí)，應(yīng)將igbt較寬的方向順著散熱器的紋路，以削減散熱器的變形；〔2〕散熱器的安裝外表光滑度應(yīng)≤10μm，假設(shè)散熱器的外表不平，將大大增加igbt的管芯和管殼之間的襯底上產(chǎn)生很大的張力，損壞igbt的絕緣層；〔3〕為了削減接觸熱阻，最好在散熱器與igbt模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。變頻器的溫升試驗(yàn)試驗(yàn)依據(jù)2023gb/t12668.2-2023《調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)其次局部：一般要求—7.3.2“cdm/bdm的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)”中對(duì)于溫升的“試驗(yàn)方法”gb/t3859.1-19936.4.67.4.2.5“電氣傳動(dòng)系統(tǒng)”的特地試驗(yàn)中提到溫升試驗(yàn)“在要求的最大負(fù)載下，以最低轉(zhuǎn)速、根本轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)速進(jìn)展溫升試驗(yàn)。溫升試驗(yàn)進(jìn)展到全部溫度都穩(wěn)定為止”。在gb/t3859.1-1993的“檢驗(yàn)與試驗(yàn)”中6.4.6“溫升試驗(yàn)”中給出了具體要求：溫升試驗(yàn)的目的在于測(cè)定變流器在額定條件下運(yùn)行時(shí)各部件的溫升是否超過(guò)規(guī)定的極限溫升。半導(dǎo)體器件的溫升極限可以是規(guī)定點(diǎn)〔例如外殼〕的最高溫升，也可以是等效結(jié)溫，由制造廠打算。變流器各部位的極限溫升如表1所示。在送審的《調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第5-1局部：安全要求：電氣、熱和能量》〔gb12668.5.1“防觸電、熱和能量危急的保護(hù)”的規(guī)定“當(dāng)依據(jù)設(shè)備的額定值進(jìn)展試驗(yàn)時(shí)，設(shè)備及其組成局部所到達(dá)的溫度應(yīng)當(dāng)不超過(guò)表15中給出的溫度”。對(duì)“橡膠絕緣導(dǎo)線或熱塑絕緣導(dǎo)線、用戶端子、母線和連接片或接線柱、絕緣系統(tǒng)、電容器、印制線路板”等“內(nèi)部材料和部件的最大測(cè)量溫度”做出了說(shuō)明。試驗(yàn)方法與設(shè)備的選擇試驗(yàn)中依據(jù)試驗(yàn)條件可選擇不同的試驗(yàn)方法。等效法溫升試驗(yàn)承受可調(diào)電阻、可調(diào)電抗器構(gòu)成的模擬負(fù)載，由于不宜調(diào)整，功耗大等缺點(diǎn)則很2所示。模擬法溫升試驗(yàn)通常承受模擬法〔機(jī)組試驗(yàn)設(shè)備〕進(jìn)展溫升及其它試驗(yàn)，如圖3所示。圖注：d：電動(dòng)機(jī)；f：直流發(fā)電機(jī)；a1：輸入電流表；a2：輸出電流表；a3：直流發(fā)電機(jī)輸出電流表；v1：輸入電壓表；v2：輸出電壓表；v3：直流發(fā)電機(jī)輸出電壓表。承受模擬法就是電動(dòng)機(jī)為變頻器的負(fù)載并通過(guò)連接軸驅(qū)動(dòng)直流發(fā)電機(jī)，三相溝通逆變裝置將直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能回饋給電網(wǎng)動(dòng)機(jī)的額定電壓及容量要與變頻器匹配；直流發(fā)電機(jī)的容量不低于電動(dòng)機(jī)容量的110%。電機(jī)對(duì)拖電能回饋法溫升試驗(yàn)承受電機(jī)對(duì)拖溝通電能回饋法，試驗(yàn)主電路示意圖如圖4所示。本方法是承受兩臺(tái)機(jī)跟隨陪試機(jī)，變頻器輸出頻率略高于工頻，陪試機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，消耗電能回饋電網(wǎng)。普傳科技承受此方法進(jìn)展的溫升試驗(yàn)，線路簡(jiǎn)潔，能源消耗少，測(cè)試數(shù)據(jù)可信。igbt2點(diǎn)〕、整流橋在散熱器固定處等，經(jīng)連接導(dǎo)線引到表嚴(yán)密相貼，以有效的防止測(cè)溫元件受到冷卻介質(zhì)的影響。本方法對(duì)于測(cè)試電機(jī)溫升也是一個(gè)很好的簡(jiǎn)易有效方法。用鉗式電流表測(cè)得變頻器輸出電流〔與變頻器鍵盤(pán)顯示電流比照〕，用電壓表測(cè)5為試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)儀器的選擇〔1〕電壓表和電流表：應(yīng)承受可以測(cè)量真有效值的表記。對(duì)于測(cè)量?jī)x表不僅有準(zhǔn)確1905a〕?！?紅外測(cè)試儀要正對(duì)測(cè)試點(diǎn)，讀取遠(yuǎn)紅外測(cè)試儀上顯示的讀數(shù)，減去環(huán)境溫度即為溫升值?！?留意此處使用的熱電偶應(yīng)能承受與變頻器全都的額定電溫升值。〔4〕熱敏電阻：變頻器主要部位溫升的測(cè)試也可用熱敏電阻。例如igbt產(chǎn)生的溫度透過(guò)散熱片傳至緊貼其上的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，該電阻阻值的變化間接反映了igbt的溫度變化，國(guó)內(nèi)性能好的變頻器一般具有igbt溫度值顯示功能。〔5〕溫度顯示儀表?！?〕用于溫升測(cè)量的電流互感器至少為0.2級(jí)，測(cè)量用的電流表至少為0.5級(jí)，且測(cè)量時(shí)各回路電流表的指示值為全量程的2/32/3測(cè)量方法與結(jié)果判定gb/t3859.1-1993的“檢驗(yàn)與試驗(yàn)”6.4.6“溫升試驗(yàn)”中給出了試驗(yàn)的6.4.3〕結(jié)〕，則引起的附加溫升應(yīng)予以考慮。試驗(yàn)時(shí)，測(cè)溫元件可以使用溫度計(jì)、熱電偶、熱敏元件、紅外測(cè)溫計(jì)或其他有效慮了并聯(lián)器件的均流狀況之后，裝置能承受規(guī)定的負(fù)載而不超過(guò)規(guī)定的最高等效結(jié)溫。變頻器處于規(guī)定的通風(fēng)和散熱條件下，輸入電壓為額定電壓，裝置輸出為額定電igbt、整流橋、直流母線等。用測(cè)量?jī)x器進(jìn)展溫度測(cè)2h20min做一次試