变频器运行中炸机的主要原因和防护措施分析

变频器在运行中炸机是一种变频器常见故障,特点是功率模块、整流模块等核心元器件损毁。一旦发生,不但会造成变频器严重损坏,而且会导致生产线停产,给企业带来严重损失。

根据上海津信长期以来服务不同客户的经验,变频器炸机主要原因可以分为外部工况、部件老化、操作不当三大类。

一、外部工况异常

这是最常见的导致变频器炸机的直接因素,变频器一般在长时间内都会保持正常运行,突发炸机往往都和外部工况变化有关。当然这个因素也往往要和部件老化结合起来分析,比如外部电网的影响,在机器比较新的情况下,模块能够耐受比较高的电压电流波动,但是随着模块逐渐老化,其炸机风险就会随之提高。

1、电网电压剧烈波动

极端天气、变压器投切、大功率设备启停都可能会产生瞬时过压,导致直接击穿整流桥或 IGBT 模块。尤其是多雷雨地区或电网不稳定的企业更容易发生。

2、负载侧故障

  • 电机短路 :电机绕组绝缘老化、受潮,或接线端子松动打火,会造成变频器输出侧短路,导致击穿 IGBT 模块。
  • 电机过载:当负载发生变化或者故障时,可能导致电机堵转或过载,变频器输出电流飙升。若过载保护未及时动作,功率模块也可能会因过热烧毁。

3、恶劣环境

当变频器长期在高温(超过 50℃)、高湿(湿度>85%)、多粉尘、腐蚀性气体环境运行时,根据上海津信的经验,变频器炸机故障率会明显提高:

  • 散热风扇堵塞,粉尘影响散热,导致模块温度过高触发故障;
  • 电路板、模块发生受潮、积尘、腐蚀等现象,引发故障
  • 金属粉尘进入变频器内部,造成主回路导电短路。
  • 变频器振动很大,导致铜排、螺丝等松动、脱落

二、元器件老化

最常见的导致变频器炸机的元器件是IGBT模块,整容模块和电解电容的老化。

1、模块老化

变频器IGBT 模块、整流模块是变频器的核心元器件,一般使用寿命 10-12 年,在环境恶劣的情况下寿命还会缩短,一旦超期服役,元器件内部芯片疲劳、焊层脱落,都可能导致变频器突发故障。

2、电容老化

直流母线电容是负责稳压滤波的核心元器件,一般使用寿命为8-10年,超过该期限,会导致电容耐压不足,一旦电容容值降到85%以下,将导致母线电压波动剧烈,引发 IGBT 模块频繁过压冲击,最终击穿。

三、操作不当

1、参数设置错误

  • 未根据电机铭牌设置额定电压、电流、频率,导致变频器长时间超频、过载运行;
  • 加速 / 减速时间设置过短,导致电机启停时产生大电流冲击。

2、接线错误

  • 误将电网输入端接入变频器输出端子(U/V/W),上电瞬间直接烧毁 IGBT 模块;
  • 误将电网输入端接入BR或者PE端。
  • 变频器长期闲置后直接上电,未进行预启动充电,电容失效导致炸机
  • 长期不清理散热风道、滤网,功率模块散热不良;
  • 未定期检查接线端子紧固性,端子松动引发接触电阻过大、打火发热;

四、应对措施:

1、定期维护和保养:根据运行环境、行业应用和使用年限,对变频器进行定期科学维护和保养、一方面可以延长变频器的使用寿命,另一方面尽早发现和排除变频器隐患,保证变频器可靠、稳定运行。

2、预防性更换:变频器的电解电容,PCB板卡、模块、风机、线缆都有寿命限制,应该根据不同部件的设计寿命,进行预防性更换,以防止变频器炸机风险。

3、在电网电压和负载剧烈波动的场合,根据现场环境,选择加装稳压器、电抗器和制动电阻等选件,以保证设备正常运行。

4、闲置变频器超过半年不使用,再次使用前,需要进行安全启动预充电后,方可使用。

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