分析变频器凝露的形成、危害及预防措施.docx

分析变频器凝露的形成、危害及预防措施网络转载导语：变频器在充电经过中，由于器件和线路存在的杂散电感的影响，开关瞬间会产生较大的瞬间充电电流，而正负母排会由于较弱的绝缘才能而产生绝缘拉弧现象，母线电压上会叠加电容反应的宏大电流和短路电流，进而导致IGBT里的PN结出现雪崩电压击穿现象，进而完全失去正常功能、缓冲电容炸裂和IGBT短路炸裂。随着我国经济、社会和科学技术的高速开展，我国各行各业广泛的应用着大量的。由于应用领域广泛，加之我国幅员辽阔，势必有大量的变频器工作在潮湿的环境之中，比方安装在我国潮湿多雨的沿海地区和南方地区的变频器、或者安装在江湖和潮湿山地附近的风电机组变频器、或者工作在河流、湖泊和海边的变频器装置。受空气湿度的影响，一旦工作环境温度产生较大变化，就有可能导致变频器出现凝露现象，使得其内部功率器件、电路板等部位产生一定量的液态水，在与变频器内部积累的灰尘混合后，就会对变频器的电气绝缘造成严重的影响，严重的还会产生通路，导致变频器出现故障，影响正常的运行。举例而言，液态水附着于功率器件散热板之上，会导致IGBT的栅极和漏极之间形成通路，并严重破坏IGBT的栅极，导致IGBT失去正常功能；再比方液态水附着于电路板之上，会导致相应端子出现短路现象，进而造成脉冲混乱，严重的还会导致桥间短路等故障现象的出现。通过上述介绍，可以发现凝露现象会严重影响和威胁变频器的正常稳定运行，一旦变频器工作于潮湿的环境之中，就一定要采取正确的措施来预防和消除凝露现象。一、凝露的形成及其对变频器产生的危害自然条件下的空气，是由少量尘埃、水汽以及绝干空气所组成。空气所可以包容的水汽与环境温度成正比，即环境温度越高，空气就可以包容更多数目的水汽。而所谓的露点温度，是指特定湿度空气出现凝露现象的最高温度。在较高温度下包容在空气中的水汽，由于温度的下降，会使得无法继续包容于空气中的水汽，通过液态水的形式析出。假如湿度较大且温度相对较高的空气，碰到温度相对较低低于该条件下空气的露点温度的变频器的固态外表，就会产生凝露现象，进而在变频器相关部件的外表产生一定量的液态水。当液态水与变频器内部的灰尘混合后，会产生相应的导电通道，进而对变频器的电气绝缘造成影响，使得本该不导电的区域转换为正常导电的区域。举例来讲，一旦混合了灰尘凝露附着于IGBT功率器件的外表，会导致IGBT的栅极和漏极之间形成通路，严重破坏IGBT的栅极，导致IGBT失去正常功能；又比方混合了灰尘凝露附着于控制电路板之上，会使得电路板产生本来不存在的导电通道，导致逻辑脉冲出现混乱，进而产生电源短路、电子元器件失效等故障。尽管局部电路板进展了相应的涂覆处理，但由于质量和盲点等因素的影响，总会在某些元器件的底部、电路连接处等局部产生凝露现象。二、凝露的消除方法通过对温差和湿度等凝露形成条件的破坏，可以起到从根本上消除凝露现象发生的目的。破坏了任何一个形成条件，变频器都不会出现凝露现象。目前，较为通行和常用的凝露消除方法有：温度控制法和湿度控制法，前者旨在降低相对温度，而后者旨在降低相对湿度。1温度控制阻止凝露的形成，可以通过破坏温差这一凝露形成条件来实现。由于变频器柜体内部相对封闭，假设可以让柜体温度始终高于露点温度，就不会产生凝露。受该思想的影响，现阶段主要有两种温度控制方案：第一种方案包括透风口和加热器等。一般情况下透风口都设置了过滤器，不仅可以杜绝大量灰尘进入变频器内部，而且还可以确保IP防护等级。该方案的主要要点在于一旦湿度过大即开场加热，温度提升时就加大透风。在湿度超过预先设定的数值时，促发加热动作，进步变频器内部温度，进而有效控制相对湿度条件，在温度到达预先设定的阀值之后，起动透风，进而使得变频器内部进入一定量的外部新风，进而确保变频器内外始终保持一致的空气相对湿度，温度始终保持在正常的范围之内。一般情况下，当温度超过40就起动透风系统，相对湿度超过80%就起动加热器。第二种方案的主要思路为：变频器内部冷却才能相对可控，确保柜内温度始终保持在一定的范围之内，当湿度超过阀值，就降低变频器的散热才能，通过变频器所产生的功耗来进步变频器柜内温度，进而杜绝凝露现象的出现；当温度超过阀值，就进步散热才能，杜绝温度过高影响变频器的正常运行。该方案下的变频器柜体大多采用的是完全密封的形式，有效杜绝了盐雾、有害气体和灰尘进入柜体内部，便于变频器长期、可靠和正常的运行。2湿度控制通过减少水汽含量，有效降低空气相对湿度，进而杜绝凝露现象的产生。主要包括以下三种方案：温差除湿法、吸附及膜式除湿法和冷凝除湿法。温差除湿法：在变频器内部安装有利于凝露的散热器，进而使得凝露仅形成于该散热器之上，进而不会在变频器内部其他部位形成凝露，散热器上形成的冷凝水通过出口向外排出，以便确保柜内始终保持相对枯燥的环境。吸附及膜式除湿法：在变频器柜内设置相应的吸附材料来起到水汽吸附的目的，确保柜内始终保持相对枯燥的环境；也可以通过膜过滤器的设置，来起到阻隔水汽的目的，只让干空气通过过滤器，使变频器内部只流入相对枯燥的空气。冷凝除湿法：在变频器内部设置温度最低点，使得凝露仅产生于该处，进而有效降低变频器内部的相对湿度，使得变频器内部始终保持相对枯燥的环境。三、现实案例分析笔者在工作中曾碰到某型变压器由于受潮湿空气影响，造成其在工作经过中，功率模块产生击穿烧毁的事故。笔者接下来会在描绘故障现象的根底上，分析原因，并提出相应的防范措施。1事故描绘在发现变频器无法正常运行之后，翻开整流柜面板，看到R相的缓冲电容和IGBT被烧毁炸裂，且触发线被完全烧坏，IGBT和缓冲电容之间的绝缘纸出现局部烧蚀碳化的现象，IGBT炸裂产生的金属严重烧坏了其下方的5只电解电容，同时直流熔断器被熔断，负极铜排被严重烧坏，母线铜排和固定螺丝被完全熔在一起。调阅报警历史后发现，DCF=1直流保险处于开路状态，并且三相沟通进线T相、R相熔断器没有产生任何动作。2事故原因的分析由于在上电之前，整流柜要经过大约3秒左右的充电经过，在完成充电之后，通过反应信号实现主接触器的吸合动作，接着断开充电电阻回路。但在操纵经过中，合控制电源的同时就产生了短路现象，导致主接触器未能产生吸合动作。事故发生后，检查发现充电回路的充电电阻器和接触器被完全烧坏，进而得出充电经过中就发生短路故障的结论。调阅整流柜报警历史后发现，DCF=1直流保险处于开路状态，接触器和充电电阻被烧坏、IGBT击穿、2000A直流熔断器被熔断，进而得出逆变回路未发生短路故障，整流局部出现短路故障的结论。通过进一步的现场检查后发现，正负铜排间存在明显的绝缘纸碳化现象，且母排间有明显的爬电迹象，进而得出直流母排间短路的结论。事故发生时，所在地已经连续降雨超过半月，空气湿度已超过80%，在事故原因的检查分析经过中，发现柜体内有明显的凝露现象。由于该整流柜在事故发生前一直处于停用状态，造成铜排出现结露现象，加之密封的柜内环境下，变频器工作时柜体排风扇才正常运行，难以有效排除柜内的潮湿空气，导致绝缘纸受潮，进而大幅降低了正负电排之间的绝缘才能。变频器在充电经过中，由于器件和线路存在的杂散电感的影响，开关瞬间会产生较大的瞬间充电电流，而正负母排会由于较弱的绝缘才能而产生绝缘拉弧现象，母线电压上会叠加电容反应的宏大电流和短路电流，进而导致IGBT里的PN结出现雪崩电压击穿现象，进而完全失去正常功能、缓冲电容炸裂和IGBT短路炸裂。由于受到瞬间短路电流触头粘连的影响，充电回路接触器会使得充电电容被严重烧坏。3详细防范措施的提出凝露产生的三大因素：露点温度、湿度和环境温度的关系曲线详细见下列图。图1相对湿度、凝露温度和环境温度曲线结合现场实际情况和凝露形成条件，笔者提出了以下几条主要的凝露防范措施：首先是强化变频器柜体工作环境的温湿度控制，开启室内空调，并将其调整为除湿形式。在正常运行经过中，由于变频器的自身发热，会使得柜内温度要大于外界的环境温度，而一旦变频器停顿运行，柜内温度会缓慢降低到相应的露点温度。所以，笔者以为在变频器停顿运行的状态下，要相应的降低室内空调的温度设置，防止环境温度高于变频器柜内温度。其次在变频器在正常运行经过中，要确保柜内加热器处于停用状态，反之，要确保加热器处于正常运行状态，以便确保环境温度始终低于变频器柜内温度。为实现自动恒温调节的功能，加热器务必使用PTC材料。对已有凝露控制器进展改造，并设置3个温度传感器，其装设位置为：2个装设于变频器柜内的相应位置，1个装设在柜外，以便实现柜体温度和柜外环境温度监测的目的。通过确保柜内温度来杜绝凝露条件的产生，进而有效防范凝露现象的出现。四、结论凝露现象会严重影响变频器的正常运行，笔者所提出的几点预防凝露的措施可以有效降低凝露现象的出现，减少事故发生的几率，确保变频器可以长期、稳定和可靠的运行。