變頻器的溫升及其試驗方法探討

學習文檔僅供參考學習文檔僅供參考變頻器的溫升及其試驗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)的進展、電機傳動技術(shù)的進展和國家節(jié)能減排的需要202330%160億元。一個品質(zhì)良好的變頻器都應(yīng)該通過產(chǎn)品質(zhì)量認證及其完整的試驗，試驗類型包括型式試驗〔typetest〕、出廠試驗、抽樣試驗、選擇〔特地〕試驗、驗收試驗、現(xiàn)場調(diào)試試驗等。溫升試驗是型式試驗里的很重數(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，認真考慮其散熱問題。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，igbt作為電壓型把握器件，具有輸入阻抗高、驅(qū)動功率小、把握電路簡潔、開關(guān)損耗小、通斷速度快、工作頻率高、功率容量大等優(yōu)點，igbt電流tjtjmaxigbt可能損壞。igbttjmax150℃，在任何工作條件下，都不允許超過，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)測有難度，所以變頻器的igbt模塊，都在散熱器外表裝有溫控開關(guān)，其值在80~85igbt的安全。也有用熱敏電阻進展保護的。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pwm信號頻率＞5khz時開關(guān)損耗會格外顯著，溫升會明顯增加。igbt的功耗包括穩(wěn)態(tài)功耗和動態(tài)功耗，其動態(tài)功耗又包括開通功耗和關(guān)斷功耗。其他如半導體器件與導體的連接處、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產(chǎn)生熱量，其溫升極限值在國家標準中也做出相應(yīng)規(guī)定。在使用中導致變頻器溫升上升的幾種因素〔1用環(huán)境條件。如防護等級、環(huán)境溫度、通風等，這些因素造成溫升上升?！?〕開關(guān)頻率：igbt的發(fā)熱有集中在開和關(guān)的瞬間。因此開關(guān)頻率高時自然變頻器的發(fā)熱量就變大了。〔3〕變頻器的溫升試驗應(yīng)以較嚴酷等級試驗為依據(jù)，除非與用戶達成某種協(xié)議。在溫升試驗時應(yīng)選脈寬調(diào)制頻率的上限指明?！?〕風道過濾網(wǎng)堵塞、散熱風扇故障及灰塵等?！?〕使用環(huán)境溫度過高。變頻器溫升設(shè)計要點溫度上升對igbt參數(shù)有很大的影響，嚴峻時導致失效甚至損壞。溫度上升包含兩igbt中的電磁場能量轉(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)濟性又可保證其長期、牢靠、安全地運行，比方選擇igbt模塊的80℃作為設(shè)計依據(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短時過載時，igbttjmax。按以下公式可計算出相關(guān)數(shù)值：tj=tc+pt×rth〔j-c〕其中：rth可以在數(shù)據(jù)手冊中查到，rth〔j-c〕為標定的結(jié)殼熱阻，tj為半導體結(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、防護不能無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比的考慮，散熱系統(tǒng)也不行能無限制地擴大?？稍诳拷黫gbt處加裝溫度繼電器、熱敏電阻等，檢測igbt的工作溫度。把握執(zhí)igbt的輸入，保護其安全。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，風扇調(diào)整可控，適時降低電機噪音和溫升。igbt安裝固定在散熱器上時應(yīng)留意以下事項：——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，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模塊間涂抹導熱硅脂。變頻器的溫升試驗試驗依據(jù)2023gb/t12668.2-2023《調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)其次局部：一般要求—7.3.2“cdm/bdm的標準試驗”中對于溫升的“試驗方法”gb/t3859.1-19936.4.67.4.2.5“電氣傳動系統(tǒng)”的特地試驗中提到溫升試驗“在要求的最大負載下，以最低轉(zhuǎn)速、根本轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)速進展溫升試驗。溫升試驗進展到全部溫度都穩(wěn)定為止”。在gb/t3859.1-1993的“檢驗與試驗”中6.4.6“溫升試驗”中給出了具體要求：溫升試驗的目的在于測定變流器在額定條件下運行時各部件的溫升是否超過規(guī)定的極限溫升。半導體器件的溫升極限可以是規(guī)定點〔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”的規(guī)定“當依據(jù)設(shè)備的額定值進展試驗時，設(shè)備及其組成局部所到達的溫度應(yīng)當不超過表15中給出的溫度”。對“橡膠絕緣導線或熱塑絕緣導線、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量溫度”做出了說明。試驗方法與設(shè)備的選擇試驗中依據(jù)試驗條件可選擇不同的試驗方法。等效法溫升試驗承受可調(diào)電阻、可調(diào)電抗器構(gòu)成的模擬負載，由于不宜調(diào)整，功耗大等缺點則很2所示。模擬法溫升試驗通常承受模擬法〔機組試驗設(shè)備〕進展溫升及其它試驗，如圖3所示。圖注：d：電動機；f：直流發(fā)電機；a1：輸入電流表；a2：輸出電流表；a3：直流發(fā)電機輸出電流表；v1：輸入電壓表；v2：輸出電壓表；v3：直流發(fā)電機輸出電壓表。承受模擬法就是電動機為變頻器的負載并通過連接軸驅(qū)動直流發(fā)電機，三相溝通逆變裝置將直流發(fā)電機發(fā)出的電能回饋給電網(wǎng)動機的額定電壓及容量要與變頻器匹配；直流發(fā)電機的容量不低于電動機容量的110%。電機對拖電能回饋法溫升試驗承受電機對拖溝通電能回饋法，試驗主電路示意圖如圖4所示。本方法是承受兩臺機跟隨陪試機，變頻器輸出頻率略高于工頻，陪試機處于發(fā)電狀態(tài)，消耗電能回饋電網(wǎng)。普傳科技承受此方法進展的溫升試驗，線路簡潔，能源消耗少，測試數(shù)據(jù)可信。igbt2點〕、整流橋在散熱器固定處等，經(jīng)連接導線引到表嚴密相貼，以有效的防止測溫元件受到冷卻介質(zhì)的影響。本方法對于測試電機溫升也是一個很好的簡易有效方法。用鉗式電流表測得變頻器輸出電流〔與變頻器鍵盤顯示電流比照〕，用電壓表測5為試驗臺。試驗儀器的選擇〔1〕電壓表和電流表：應(yīng)承受可以測量真有效值的表記。對于測量儀表不僅有準確1905a〕?！?紅外測試儀要正對測試點，讀取遠紅外測試儀上顯示的讀數(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?！?〕熱敏電阻：變頻器主要部位溫升的測試也可用熱敏電阻。例如igbt產(chǎn)生的溫度透過散熱片傳至緊貼其上的負溫度系數(shù)熱敏電阻，該電阻阻值的變化間接反映了igbt的溫度變化，國內(nèi)性能好的變頻器一般具有igbt溫度值顯示功能?！?〕溫度顯示儀表?！?〕用于溫升測量的電流互感器至少為0.2級，測量用的電流表至少為0.5級，且測量時各回路電流表的指示值為全量程的2/32/3測量方法與結(jié)果判定gb/t3859.1-1993的“檢驗與試驗”6.4.6“溫升試驗”中給出了試驗的6.4.3〕結(jié)〕，則引起的附加溫升應(yīng)予以考慮。試驗時，測溫元件可以使用溫度計、熱電偶、熱敏元件、紅外測溫計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)定的負載而不超過規(guī)定的最高等效結(jié)溫。變頻器處于規(guī)定的通風和散熱條件下，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。用測量儀器進展溫度測2h20min做一次試