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    變頻器使用壽命與維護保養

    時間:2018-02-28    作者:津信變頻    點擊:
     
    隨著工廠自動化技術的發展,變頻器具有調速方便、性能可靠、節能顯著等優點,日益成為重要的驅動和控制設備,廣泛應用于紡織、石化、冶金、起重、拉絲、啤酒飲料、樓宇控制等行業。由于變頻器使用的電子元件是有使用壽命的,同時安裝環境、電網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地運行,延長使用壽命,關鍵在于日常維護保養。
     
    一、變頻器的基本結構:
     

    上圖為變頻器的結構圖,變頻器主要有以下四個部分組成:
    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節,逆變器能將直流電變換為任意頻率的交流電,當前逆變器幾乎全部由絕緣門極場效應晶體管(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能,主要由高壓大容量電解電容和電抗器構成,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
    控制電路負責采集主回路信號、接收控制命令、控制逆變器IGBT門極觸發、提供人機接口等全部控制工作。
     
    二、影響變頻器使用壽命的主要因素:
     
    根據變頻器的結構,變頻器內部的元器件主要有電阻、電容、電感、半導體器件、PCB板和散熱風機等。合理設計的電感、電阻和PCB板服務壽命很長,但是環境對電阻或PCB板等部件的使用壽命還是有很大影響。半導體器件本身的平均壽命長達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體器件的主動失效問題;主回路大功率晶體管和二極管的損壞通常是由于過壓、過流和過熱這三個極端因素造成的。
    冷卻風機是有使用壽命的,主要因為冷卻風機的軸承有使用壽命,目前最好的能做到50000小時,大概相當于滿轉速連續使用5年。因此丹佛斯的風機控制要采用智能控制,當散熱片的溫度低于40℃時,冷卻風機是不運轉的;然后隨著散熱片的溫度增加,轉速也逐步增加,直到滿轉速為止。這樣可以盡量延長風機使用壽命。
        大容量鋁電解電容是有使用壽命的,壽命長短與產品選型、環境溫度和充電電流的有效值有關。丹佛斯變頻器使用溫度最高壽命最長的電解電容,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相當。
     
    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.    運行環境不良
    環境不良包括環境濕度太大,環境中含腐蝕性氣體,環境太臟或太油,運行環境溫度過高等狀況。其中環境濕度太大會降低變頻器內部的絕緣引起放電擊穿,導致PCB板發霉進而發生導線霉斷或接插件接觸不良,還會加速銅排和金屬結構件氧化,導致主回路或動力端子排接觸不良。環境中含腐蝕性氣體,環境太臟或太油對PCB板和小型電子元器件的損害較大,會顯著降低變頻器的使用壽命。丹佛斯為應對環境腐蝕問題,采取了對所有PCB加噴增強型涂層的措施,但是市場上還有許多變頻器是不采取任何PCB板防護措施的。環境太臟還會破環風機葉輪的動平衡,引起風機額外的振動,這會大大縮短風機軸承的使用壽命。運行環境溫度過高會影響電阻、半導體器件、電解電容和風機等許多部件的使用壽命,而且這些部件的壽命通常與環境溫度是指數相關的,如工作溫度每降低10℃,電解電容的使用壽命就延長1倍。因此維護好變頻器的散熱通道,保證散熱風機可靠正常工作對于延長變頻器的使用壽命有著非常重要意義。
     
    2.    變頻器輸出短路或對地短路
    短路可能是電機相間短路,電機對地短路,電機電纜線絕緣不良或表皮磨破對地短路造成的。變頻器的逆變模塊IGBT對短路過流的耐受時間非常之短,通常不允許短路時間超過10μS,因此變頻器都有非??焖俚倪^流檢測和保護電路,但是盡管如此,由于短路時的電流值很大(約為額定值的10倍),會令半導體器件承受巨大應力,一般半導體廠商都認為短路過流是不能周期性重復的,而且短路過流保護具有概率特性,即短路過流保護不是100%成功的。頻繁輸出短路尤其是輸出對地短路對變頻器會造成非常致命的損害,所以需要日常檢查電機和電機電纜線的絕緣狀況,才能保障設備正??煽康剡\行。
     
    3.    輸入電網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,電網中大感性負載分斷,大型功率因數補償器分合閘,同一段電網中有大的直流電機負載,負載短路電源跳閘,電源線絕緣不良打火等諸種。輸入突波電壓或浪涌電壓會造成變頻器輸入整流模塊的致命損壞。由于電網電壓突波來自于外部,變頻器本身無法作主動性保護,只能作被動保護,保護的主要辦法為在變頻器電源進線側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通??偸前凑漳彻潭ǖ臉藴实?,能滿足絕大多數應用場合的需求,但是并不適合少數極端應用環境。如果在日常檢查中發現變頻器壓敏電阻有損壞情況,或調查發現以前發生過前級自動開關跳脫事件,則需要考慮外部加裝浪涌吸收器和快速熔斷器。
     
    四、結論:延長變頻器的使用壽命,關鍵在于日常維護保養
    綜上所述,為確保變頻器可靠連續地運行,延長變頻器的使用壽命,關鍵在于日常維護保養。同時應當從維護保養中發現的問題出發,針對外部使用環境、電網質量等方面改進實際應用中的不良影響進行及時準確地處理。
     
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