雖然現(xiàn)在變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）在保護(hù)電路上的功能已經(jīng)相當(dāng)完善，而且為了保護(hù)價(jià)格昂貴的逆變模塊，所有VFD廠商都在自己的保護(hù)電路上下足了功夫，從檢測(cè)輸出電流到檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電路中的IGBT壓降，力求以最快的應(yīng)變速率實(shí)現(xiàn)最快的過(guò)載保護(hù)！
從電壓檢測(cè)到電流檢測(cè)，從模塊溫度檢測(cè)到異相輸出檢測(cè)等。，一直沒(méi)有任何一種電器的保護(hù)電路，比如VFD，是專(zhuān)用的，投入的。VFD的銷(xiāo)售人員在提到VFD的性能時(shí)，一定也會(huì)提到VFD的保護(hù)功能，往往會(huì)不自覺(jué)地向用戶(hù)承諾，有了它的全面保護(hù)功能，你的電機(jī)就不容易燒壞了。這個(gè)銷(xiāo)售人員不知道這個(gè)承諾會(huì)給自己帶來(lái)很大的被動(dòng)！
但是我們要明白，用了VFD，電機(jī)真的不燒了嗎？這里的答案是:與工頻電源相比，使用VFD更容易燒壞電機(jī)，使得VFD逆變模塊容易報(bào)銷(xiāo)。VFD靈敏的過(guò)流保護(hù)電路在這里不知所措，起不到任何作用。這是VFD模塊損壞的一個(gè)主要外因。我聽(tīng)到了整個(gè)故事。
下面通過(guò)兩個(gè)案例來(lái)介紹非正常負(fù)荷造成的故障損害:
1.電機(jī)可以在工頻下運(yùn)行。雖然運(yùn)行電流略大于額定電流，但長(zhǎng)期運(yùn)行后會(huì)有一定的溫升。這是個(gè)有病的電機(jī)，燒起來(lái)之前還真能跑。但是訪問(wèn)VFD后，會(huì)出現(xiàn)頻繁過(guò)載，以至于無(wú)法運(yùn)行。現(xiàn)在還不重要。
2.臺(tái)電機(jī)，可在工頻下運(yùn)行。用戶(hù)多年來(lái)一直正常使用。請(qǐng)注意“很多年”這個(gè)詞。用戶(hù)想節(jié)省電費(fèi)，或者因?yàn)榧夹g(shù)改造，需要變頻改造。但是在訪問(wèn)VFD之后，會(huì)頻繁出現(xiàn)oc故障，這是好事。保護(hù)失效了，模塊也沒(méi)壞。
可怕的是VFD不是馬上跳oc故障，而是無(wú)緣無(wú)故的運(yùn)行——才運(yùn)行了三兩天，模塊就炸了，電機(jī)也燒了。用戶(hù)依賴(lài)銷(xiāo)售人員:你裝的VFD質(zhì)量很差，燒了我的電機(jī)。你得賠償我的馬達(dá)！
在此之前，電機(jī)看起來(lái)狀態(tài)良好，運(yùn)行良好，運(yùn)行電流也有測(cè)量。因?yàn)樨?fù)載輕，達(dá)到了額定電流的一半；測(cè)量三相電源，380V，非常平衡穩(wěn)定。真的很像VFD的損壞，電機(jī)損壞。
經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，由于溫升、潮濕等原因，電機(jī)繞組的絕緣程度已經(jīng)大大降低，甚至出現(xiàn)明顯的絕緣缺陷，處于電壓擊穿的臨界點(diǎn)。在供電條件下，三相50Hz正弦波電壓輸入電機(jī)繞組，繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也較低，線(xiàn)路中的浪涌分量較小，電機(jī)絕緣程度降低，可能只帶來(lái)微不足道的“漏電流”。但匝間和相間繞組尚未產(chǎn)生電壓擊穿，電機(jī)仍處于“正常運(yùn)行”狀態(tài)。
應(yīng)該說(shuō)，隨著絕緣老化的進(jìn)一步加深，相信在不久的將來(lái)，電機(jī)最終會(huì)因?yàn)榻^緣老化引起的相間或繞組間的電壓擊穿而燒毀，即使是在工頻供電的情況下。但問(wèn)題是，現(xiàn)在沒(méi)燒。
VFD接入后，電機(jī)的供電條件變得“糟糕”:VFD的輸出PWM波形實(shí)際上是幾kHz甚至十幾kHz的載波電壓，在電機(jī)繞組的供電回路中也會(huì)產(chǎn)生諧波電壓的各種分量。
根據(jù)電感特性，流經(jīng)電感器的電流變化速度越快，電感器的感應(yīng)電壓越高。電機(jī)繞組感應(yīng)電壓高于電源(微信官方賬號(hào):水泵管家)。工頻供電時(shí)不能暴露的絕緣缺陷，承受不了高頻載波下感應(yīng)電壓的沖擊，所以發(fā)生繞組匝間或相間的電壓擊穿。電機(jī)繞組的相間和匝間短路導(dǎo)致電機(jī)繞組突然短路。在運(yùn)行中，模塊爆炸，電機(jī)燒毀。
VFD在起動(dòng)初期，由于輸出頻率和電壓都處于低幅值，當(dāng)負(fù)載電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，雖然引起較大的輸出電流，但電流往往在額定值以?xún)?nèi)，電流檢測(cè)電路及時(shí)動(dòng)作。VFD防止模塊爆炸。
但如果三相輸出電壓和頻率在全速(或接近全速)運(yùn)行時(shí)達(dá)到很高的幅值，而此時(shí)電機(jī)繞組出現(xiàn)電壓擊穿，瞬間就會(huì)形成巨大的浪涌電流，那么逆變器模塊在電流檢測(cè)電路動(dòng)作之前就承受不了，就會(huì)爆裂損壞。
可見(jiàn)，保護(hù)電路并不是萬(wàn)能的，任何保護(hù)電路都有其“軟肋”。VFD對(duì)全速運(yùn)行的電機(jī)繞組突然電壓擊穿無(wú)能為力，不能起到有效的保護(hù)作用。但不僅僅是VFD保護(hù)電路，任何電機(jī)保護(hù)器都無(wú)法有效保護(hù)這種突發(fā)故障。出現(xiàn)這種突發(fā)故障，只能宣告電機(jī)真的死了。
這種故障對(duì)VFD的逆變器輸出模塊是致命的打擊，無(wú)法避免。
電源或負(fù)載引起的其他原因，如過(guò)壓、欠壓、負(fù)載過(guò)重甚至堵轉(zhuǎn)引起的過(guò)流等，在VFD的保護(hù)電路正常的前提下，可以有效保護(hù)模塊的安全，模塊的損壞概率會(huì)大大降低。這里就不討論了。
VFD模塊因電路不良而損壞。
1.驅(qū)動(dòng)電路不良會(huì)對(duì)模塊造成一級(jí)傷害。
根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的供電方式，一般采用正負(fù)電源供電。+15V電壓提供IGBT管的激勵(lì)電壓，使其導(dǎo)通。-5V提供IGBT管的截止電壓，使其可靠和快速。
當(dāng)+15V電壓不足或失去時(shí)，相應(yīng)的IGBT管不能打開(kāi)。如果驅(qū)動(dòng)電路的模塊故障檢測(cè)電路也能檢測(cè)到IGBT管，VFDOC信號(hào)可以在模塊故障檢測(cè)電路一投入運(yùn)行就上報(bào)，VFD實(shí)施保護(hù)性關(guān)斷動(dòng)作，對(duì)模塊幾乎無(wú)害。
萬(wàn)一-5V的負(fù)截止電壓不足或失去(就像三相整流橋一樣，我們可以先把逆變輸出電路看成一個(gè)逆變橋，然后用IGBT管組成三個(gè)上橋臂和三個(gè)下橋臂，比如U相上橋臂和U相下橋臂。)，當(dāng)任意一相的上(下)橋臂勵(lì)磁導(dǎo)通時(shí)，對(duì)應(yīng)的下(上)橋臂的IGBT管會(huì)由于截止負(fù)電壓的損失而被IGBT管的集電極-柵極結(jié)電容充電，導(dǎo)致管的誤導(dǎo)導(dǎo)通，兩個(gè)管的共同連接會(huì)形成對(duì)DC電源的短路！后果就是:模塊炸了！
切斷負(fù)壓的損失是由于驅(qū)動(dòng)IC損壞造成的。也可能是驅(qū)動(dòng)IC后級(jí)的功率驅(qū)動(dòng)級(jí)(通常由兩個(gè)互補(bǔ)的電壓跟隨功率放大器組成)下管損壞造成的；觸發(fā)端子引線(xiàn)連接不良；也就是說(shuō)，再驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)電源分支壞了，或者電源濾波電容失效了。一旦出現(xiàn)上述現(xiàn)象之一，必將對(duì)模塊造成致命打擊！這是不可逆的。
2.不良的脈沖傳輸路徑也會(huì)對(duì)模塊造成威脅。
CPU輸出的6個(gè)PWM逆變器脈沖往往經(jīng)過(guò)6個(gè)反相(同相)緩沖器，然后送到驅(qū)動(dòng)器IC的輸入引腳，從CPU到驅(qū)動(dòng)器IC，再到逆變器模塊的觸發(fā)端。只要六個(gè)信號(hào)中有一個(gè)中斷-
(1) VFD有可能報(bào)告oc故障。逆變橋下三個(gè)橋臂的IGBT管導(dǎo)通時(shí)的壓降由模塊故障檢測(cè)電路檢測(cè)和處理，而上三個(gè)橋臂的IGBT管導(dǎo)通時(shí)的壓降在小部分VFD中檢測(cè)，大部分VFD省略了壓降檢測(cè)電路。當(dāng)失去激勵(lì)脈沖的IGBT管恰好有壓降檢測(cè)電路時(shí)，激勵(lì)脈沖丟失后，檢測(cè)電路會(huì)報(bào)OC故障，VFD關(guān)斷保護(hù)；
(2) VFD有偏相運(yùn)行的可能。失去激勵(lì)脈沖的IGBT管是沒(méi)有管壓降檢測(cè)電路的管，只有截止負(fù)壓存在，能使其可靠截止。相位橋臂只有半波輸出，導(dǎo)致VFD相位偏置操作。導(dǎo)致電機(jī)繞組中產(chǎn)生DC分量，還形成較大的浪涌電流(微信官方賬號(hào):水泵管家)，導(dǎo)致模塊受到?jīng)_擊損壞！但損傷概率低于第一種原因。
如果這個(gè)脈沖傳輸路徑一直關(guān)著，即使模塊故障電路不能發(fā)揮作用，變壓器等電流檢測(cè)電路可以發(fā)揮作用，也可以起到保護(hù)作用。但又怕這個(gè)傳輸路徑因?yàn)榻佑|不良等故障原因時(shí)開(kāi)時(shí)關(guān)，甚至?xí)S機(jī)關(guān)。電流檢測(cè)電路莫名其妙，無(wú)法響應(yīng)，VFD會(huì)造成“間歇性相位偏差”輸出，導(dǎo)致沖擊電流大，損壞。
在這種輸出狀態(tài)下，電機(jī)會(huì)“跳動(dòng)”，發(fā)出“吱吱”的聲音，發(fā)熱量和損耗會(huì)大大增加，也容易損壞。
3.電流檢測(cè)電路和模塊溫度檢測(cè)電路失效或失效，不能有效保護(hù)模塊過(guò)流過(guò)熱，造成模塊損壞。
4.主DC回路儲(chǔ)能電容容量減少或失去容量后，DC回路電壓脈動(dòng)分量增加，但在VFD啟動(dòng)后空載和空載方式下不明顯。但在帶載啟動(dòng)過(guò)程中，電路電壓浪涌，逆變模塊爆裂損壞，保護(hù)電路不知所措。
運(yùn)行多年的VFD在模塊損壞后，不能忽視對(duì)DC電路儲(chǔ)能電容容量的檢查。電容完全損耗的情況很少遇到，但是一旦遇到，逆變器模塊在帶載啟動(dòng)的過(guò)程中就會(huì)損壞，這是肯定的！
質(zhì)量差，偷工減料
少數(shù)國(guó)產(chǎn)VFD質(zhì)量低劣，偷工減料，模塊容易損壞。
是的，近年來(lái)VFD市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，VFD的利潤(rùn)空間越來(lái)越窄。但是我們可以通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)力的提高來(lái)提高自己產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
但是，以舊換新、以次充好、降低模組產(chǎn)能偷工減料來(lái)增加自己的市場(chǎng)份額，是不明智的。是短期的短期行為。
1.質(zhì)量差、過(guò)度精細(xì)化、制造增加了VFD故障保護(hù)電路的故障率，逆變模塊得不到保護(hù)電路的有效保護(hù)，從而增加了模塊損壞的概率。
2.逆變器模塊容量的選擇一般應(yīng)達(dá)到額定電流的2.5倍以上，以保證長(zhǎng)期安全運(yùn)行。比如30kW VFD，額定電流60A，模塊應(yīng)該在150A到200A之間。用100A，太小了。但是有的廠商敢用100A模塊裝！更何況還有老模塊和有缺陷的模塊。這種VFD不僅在運(yùn)行中容易損壞模塊，而且在啟動(dòng)時(shí)模塊經(jīng)常會(huì)發(fā)生爆炸！現(xiàn)場(chǎng)安裝這種VFD的工人被嚇到了，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地用木棍按下了操作面板的啟動(dòng)鍵。
容量小的模塊必須能勉強(qiáng)運(yùn)行，模塊過(guò)載，保護(hù)電路也是一樣的虛設(shè)(保護(hù)的是VFD的標(biāo)注功率容量，而不是模塊的實(shí)際容量值)。模塊不經(jīng)常炸確實(shí)不正常。
這種機(jī)器，因?yàn)閮r(jià)格低廉，上市之初看似“火爆”，但用不了多久，廠家就倒閉了。
模塊損壞的第三個(gè)原因不應(yīng)該是一個(gè)原因。希望在不久的將來(lái)，模塊損壞的原因只有前兩種。
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