变频器的温升及其试验方法探讨

学习文档仅供参考学习文档仅供参考变频器的温升及其试验方法探讨引言随着型电力电子器件和高性能微处理器的应用、把握技术的进展、电机传动技术的进展和国家节能减排的需要202330%160亿元。一个品质良好的变频器都应该通过产品质量认证及其完整的试验，试验类型包括型式试验〔typetest〕、出厂试验、抽样试验、选择〔特地〕试验、验收试验、现场调试试验等。温升试验是型式试验里的很重数上升，使用寿命随温度上升而成指数下降，环境温度上升10度，变频器使用寿命减半。所以应保证变频器的使用温度，认真考虑其散热问题。变频器的主要发热部位及成因变频器主电路原理图如图1所示，一般分为整流局部、滤波局部和逆变局部及控制局部。变频器的发热机理及主要发热部位量是格外大的。目前主流变频器的逆变模块一般承受igbt模块〔insulatedgatebipolartransistor绝缘栅双极型晶体管〕，igbtmosfet和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为mosfetpnp晶体管，因此，可以把其看作是mos输入的mosfet双极型器件容量大的优点，igbt作为电压型把握器件，具有输入阻抗高、驱动功率小、把握电路简洁、开关损耗小、通断速度快、工作频率高、功率容量大等优点，igbt电流tjtjmaxigbt可能损坏。igbttjmax150℃，在任何工作条件下，都不允许超过，否则要发生热击穿而造成损坏，一般要留余地，在最恶劣条件下，结温tj125℃以下，但芯片内结温监测有难度，所以变频器的igbt模块，都在散热器外表装有温控开关，其值在80~85igbt的安全。也有用热敏电阻进展保护的。igbt的损耗不仅与工作电流大小有关，更重要的是与变频器的载波频率亲热相关。当pwm信号频率＞5khz时开关损耗会格外显著，温升会明显增加。igbt的功耗包括稳态功耗和动态功耗，其动态功耗又包括开通功耗和关断功耗。其他如半导体器件与导体的连接处、母线〔排〕、浪涌吸取器与主电路的电阻原件等也在变频器工作时产生热量，其温升极限值在国家标准中也做出相应规定。在使用中导致变频器温升上升的几种因素〔1用环境条件。如防护等级、环境温度、通风等，这些因素造成温升上升。〔2〕开关频率：igbt的发热有集中在开和关的瞬间。因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。〔3〕变频器的温升试验应以较严酷等级试验为依据，除非与用户达成某种协议。在温升试验时应选脉宽调制频率的上限指明。〔4〕风道过滤网堵塞、散热风扇故障及灰尘等。〔5〕使用环境温度过高。变频器温升设计要点温度上升对igbt参数有很大的影响，严峻时导致失效甚至损坏。温度上升包含两igbt中的电磁场能量转化为热能，主要由于器件中的电阻热效应；一是器件即失效，所以应实行各种途径降低结温或是让结温产生的热量尽快散发到环境中。了解了整流及igbt的模块的温度要求，就可确定模块的散热器的工作温度，适宜的工作温度既可保证其经济性又可保证其长期、牢靠、安全地运行，比方选择igbt模块的80℃作为设计依据，那么温升值为：k1=80℃-k0=80℃-40℃=40℃其中：k1igbt模块的散热器温升值；k0为最高允许环境温度。igbt短时过载时，igbttjmax。按以下公式可计算出相关数值：tj=tc+pt×rth〔j-c〕其中：rth可以在数据手册中查到，rth〔j-c〕为标定的结壳热阻，tj为半导体结温，pt为器件的总平均功耗〔psw+pss〕，tc为模块的基板温度。设计中还要参照其它各部位温升允许值以及其它的要求，如变频器的效率、防护不能无视其它元器件选型的重要性。固然，受设备的体积和重量等的限制以及性价比的考虑，散热系统也不行能无限制地扩大。可在靠近igbt处加装温度继电器、热敏电阻等，检测igbt的工作温度。把握执igbt的输入，保护其安全。普传科技研发的变频器具有特有的逆变模块〔igbt〕温升监控功能，风扇调整可控，适时降低电机噪音和温升。igbt安装固定在散热器上时应留意以下事项：——由于热阻随igbt安装位置的不同而不同，因此，假设在散热器上仅安装一个igbtigbtigbt的发热状况留出相应的空间；〔1〕使用带纹路的散热器时，应将igbt较宽的方向顺着散热器的纹路，以削减散热器的变形；〔2〕散热器的安装外表光滑度应≤10μm，假设散热器的外表不平，将大大增加igbt的管芯和管壳之间的衬底上产生很大的张力，损坏igbt的绝缘层；〔3〕为了削减接触热阻，最好在散热器与igbt模块间涂抹导热硅脂。变频器的温升试验试验依据2023gb/t12668.2-2023《调速电气传动系统其次局部：一般要求—7.3.2“cdm/bdm的标准试验”中对于温升的“试验方法”gb/t3859.1-19936.4.67.4.2.5“电气传动系统”的特地试验中提到温升试验“在要求的最大负载下，以最低转速、根本转速和最大转速进展温升试验。温升试验进展到全部温度都稳定为止”。在gb/t3859.1-1993的“检验与试验”中6.4.6“温升试验”中给出了具体要求：温升试验的目的在于测定变流器在额定条件下运行时各部件的温升是否超过规定的极限温升。半导体器件的温升极限可以是规定点〔例如外壳〕的最高温升，也可以是等效结温，由制造厂打算。变流器各部位的极限温升如表1所示。在送审的《调速电气传动系统第5-1局部：安全要求：电气、热和能量》〔gb12668.5.1“防触电、热和能量危急的保护”的规定“当依据设备的额定值进展试验时，设备及其组成局部所到达的温度应当不超过表15中给出的温度”。对“橡胶绝缘导线或热塑绝缘导线、用户端子、母线和连接片或接线柱、绝缘系统、电容器、印制线路板”等“内部材料和部件的最大测量温度”做出了说明。试验方法与设备的选择试验中依据试验条件可选择不同的试验方法。等效法温升试验承受可调电阻、可调电抗器构成的模拟负载，由于不宜调整，功耗大等缺点则很2所示。模拟法温升试验通常承受模拟法〔机组试验设备〕进展温升及其它试验，如图3所示。图注：d：电动机；f：直流发电机；a1：输入电流表；a2：输出电流表；a3：直流发电机输出电流表；v1：输入电压表；v2：输出电压表；v3：直流发电机输出电压表。承受模拟法就是电动机为变频器的负载并通过连接轴驱动直流发电机，三相沟通逆变装置将直流发电机发出的电能回馈给电网动机的额定电压及容量要与变频器匹配；直流发电机的容量不低于电动机容量的110%。电机对拖电能回馈法温升试验承受电机对拖沟通电能回馈法，试验主电路示意图如图4所示。本方法是承受两台机跟随陪试机，变频器输出频率略高于工频，陪试机处于发电状态，消耗电能回馈电网。普传科技承受此方法进展的温升试验，线路简洁，能源消耗少，测试数据可信。igbt2点〕、整流桥在散热器固定处等，经连接导线引到表严密相贴，以有效的防止测温元件受到冷却介质的影响。本方法对于测试电机温升也是一个很好的简易有效方法。用钳式电流表测得变频器输出电流〔与变频器键盘显示电流比照〕，用电压表测5为试验台。试验仪器的选择〔1〕电压表和电流表：应承受可以测量真有效值的表记。对于测量仪表不仅有准确1905a〕。〔2红外测试仪要正对测试点，读取远红外测试仪上显示的读数，减去环境温度即为温升值。〔3留意此处使用的热电偶应能承受与变频器全都的额定电温升值。〔4〕热敏电阻：变频器主要部位温升的测试也可用热敏电阻。例如igbt产生的温度透过散热片传至紧贴其上的负温度系数热敏电阻，该电阻阻值的变化间接反映了igbt的温度变化，国内性能好的变频器一般具有igbt温度值显示功能。〔5〕温度显示仪表。〔6〕用于温升测量的电流互感器至少为0.2级，测量用的电流表至少为0.5级，且测量时各回路电流表的指示值为全量程的2/32/3测量方法与结果判定gb/t3859.1-1993的“检验与试验”6.4.6“温升试验”中给出了试验的6.4.3〕结〕，则引起的附加温升应予以考虑。试验时，测温元件可以使用温度计、热电偶、热敏元件、红外测温计或其他有效虑了并联器件的均流状况之后，装置能承受规定的负载而不超过规定的最高等效结温。变频器处于规定的通风和散热条件下，输入电压为额定电压，装置输出为额定电igbt、整流桥、直流母线等。用测量仪器进展温度测2h20min做一次试