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怎么预防和避免 IGBT炸机事故的发生? 点击：1479 | 回复：17



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发表于：2013-12-16 12:00:52
楼主

怎么预防和避免 IGBT炸机事故的发生? 

 

聊一聊, 在选型设计阶段、详细设计阶段、现场调试阶段、运行维护阶段, 我们怎么预防和避免 IGBT炸机事故的发生?有哪些讲究和禁忌要牢记呢? 

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发表于：2013-12-16 12:01:05
1楼

去年, 我的同事遇到一件很蹊跷的事情:
 在轧钢厂调试滚道上的摆动辊，S120 采用V/F 控制。由于工艺上的要求，导致S120 长期在 -1.* 到+1.* HZ 运行。用户调试时对S120提升电压参数设置不合理，使低频的电流比较大，再加上最近轧线的负载也增加，导致低频运行时总电流增加，IGBT 的发热积累超过一定时间之后而炸机。
 
 解决问题: 通过调整P1310 (提升电压)，使低频运行时既能拉动最重的钢板，又能降低电流。直到现在正常运行。
 事故教训: 1) 在低频运行时, IGBT有电流降容, 尽可能权衡重负载与IGBT发热积累的关系。
                   2) 在现场调试时, 尽可能把最重负载和最苛刻的工况调试出来, 这一步不能忽略。

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发表于：2013-12-16 12:01:27
2楼

IGBT不怕短路，却怕热过载。这个是常识了。
 
 一般的别把装置的过载倍数搞得太高了，最好是变频器的额定负载电流。也就是不过在。100%负载。这个指标西门子装置设计的冷却能力是能保证的。当然这种用法针对工作制比较满的现场需求。
 
 也就是说，对于满负荷连续工作的设计，变频器不要过载，100%额定电流即可。这样安全。一旦设计了变频器（注意是变频器）的过载倍数，那就一定要注意他的过载周期。必须满足装置给出的间歇时间。否则就很危险。 

 

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发表于：2013-12-16 12:01:39
3楼

我和传动的老师傅聊过, 变频器V/F或SLVC低频率运行时, IGBT功率元件发热很高。热量经常聚集在某个点, 而不是聚集在某个面上, 对 IGBT伤害性很大。
 所以, V/F或SLVC低频率运行时拖动较重负载, 这一点我是心有余悸啊! 

 

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发表于：2013-12-16 12:01:55
4楼

 我和传动的老师傅聊过, 变频器V/F或SLVC低频率运行时, IGBT功率元件发热很高。热量经常聚集在某个点, 而不是聚集在某个面上, 对 IGBT伤害性很大。
 所以, V/F或SLVC低频率运行时拖动较重负载, 这一点我是心有余悸啊! 


    哦，我是这样看，只要你的应用，是保证在额定值以内，不管什么频率，变频器都应该能做到连续工作的。如果做不到，那产品的设计或发布的指标就有问题了。因为SLVC有一个显著的特性就就是恒转矩调速特性。如果做不到低频100%负载连续工作，那产品的指标就不能那么标注了。西门子的产品标准不同于国内的制造商们的产品，他们发布的指标都是经过出厂测试的。在设计时也是经过了各种型式试验和耐久试验、可靠性试验。他们的标准是比较严格的。
 
 其实，对付热过载，把工作放在散热就是一个很不错的方法。加大散热和强迫冷却，会对热过载有显著的抑制作用。因为一般的IGBT本身的通流能力是有裕量的。关键是散热，保证元件的温升能达到热平衡。
 
 我所使用的西门子传动控制器，不论是交流还是直流的，都按照100%负载选择的。但是我从来都是把过载倍数限制在100%，当然这与所用的功率等级有关，我用的传动控制器基本不超过200kW。对于大功率装置，如果不按过载倍数选会很浪费的，所以就存在风险了。在成本和风险中确定平衡点。而且要严格的控制过载周期和间歇时间。确保装置的安全。 

 

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发表于：2013-12-16 12:02:08
5楼

最好用带编码器的矢量控制，否则低频要轻载，或者放大选型。
 应该还是用编码器特性好和比较经济。 

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发表于：2013-12-16 12:02:28
6楼

对于大功率装置，如果不按过载倍数选会很浪费的，所以就存在风险了。在成本和风险中确定平衡点。而且要严格的控制过载周期和间歇时间。确保装置的安全。 
 
 ----- 讲得很精彩!
 我们的选型设计就面临着这些问题。
 问机械供应商要过载周期与倍数等详细数据或负载曲线, 机械供应商经常拿不出来; 问电机供应商要电机的过载特性曲线, 素质好的电机供应商能提供完整的特性曲线, 素质差的电机供应商只能提供个过载倍数。
 对变频调速电机过载的校验, 对大功率变频装置过载的校验, 全落到我们的头上, 简直是个"烫手山芋"! 

 

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发表于：2013-12-16 12:02:39
7楼

前几年, 我们单位的同事也遇到很郁闷的事情: 
 
 在某石油钻机上的泥浆泵采用不带编码器SLVC矢量控制, 正常情况下6SE71驱动的泥浆泵运行在50HZ，但休息时操作工并不是停机，而是将速度设置在"0"，过一段时间IGBT 炸机。零速情况下, 变频器其实还在运行，有电流的, 电流导致IGBT 发热超过一定范围而炸机。
 
 后来, 同事们分析下来: 
 6SE71 在低频运行时，IGBT 通流能力有降容现象，当电流导致IGBT 发热超过一定范围会炸。更换新IGBT之后, 通过修改参数P278 (静态转矩提升), 运行至今没出过问题

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8楼

低频下IGBT会过热？为什么？道理是什么？没法理解呀？除非散热风扇在低频下不转才会热，这说得通，可设计是缺陷呀。
 
 想一想制动单元，纯直流，频率等于0，可还是能100%连续工作的。这个怎么讲呢？我想如果真是这样，低频会容易炸机，要降容。那一定是设计缺陷。而不是技术本身的问题。
 
 还有，5楼的z侠发言，我也是不理解的，SLVC低频不行，那VC就行？为什么？好像道理讲不通呀。要说是低频，VC同样也是低频呀？为什么VC低频行，SLVC低频不行呢？呵呵，很奇怪呀。 

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发表于：2013-12-16 12:03:10
9楼

看了半天，大功率，V/F，还长期工作在+-1HZ，什么人设计的系统？这样的系统居然也有人愿意做？
 
 正如K侠所说，出的问题给出的解释也是让人难以理解。
 
 额定转速下的额定扭矩输出，才是额定功率输出，转速近似为零，也想额定功率输出吗？ 

 

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发表于：2013-12-16 12:03:25
10楼

V/F 模式电流大吧，SLVC 模式加速，进入矢量模式时会看到电流减少很多 

 

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11楼

前几年, 我们单位的同事也遇到很郁闷的事情: 
 
 在某石油钻机上的泥浆泵采用不带编码器SLVC矢量控制, 正常情况下6SE71驱动的泥浆泵运行在50HZ，但休息时操作工并不是停机，而是将速度设置在"0"，过一段时间IGBT 炸机。零速情况下, 变频器其实还在运行，有电流的, 电流导致IGBT 发热超过一定范围而炸机。
 
 后来, 同事们分析下来: 
 6SE71 在低频运行时，IGBT 通流能力有降容现象，当电流导致IGBT 发热超过一定范围会炸。更换新IGBT之后, 通过修改参数P278 (静态转矩提升), 运行至今没出过问题。 
 
 速度设置为0，变频器基本只提供近似直流的恒定的励磁电流，记得以前有个帖子讲过，电缆发热严重，后来该楼主在大家的建议下，将P278从缺省值（好像是80%？手边没手册，记不太清）调小，问题就不突出了，当然变频器还是输出直流，但相关IGBT至少能承受该电流值了。 

 

 

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发表于：2013-12-16 12:03:53
12楼

造成IGBT 内芯剧烈温升的两大杀手:
 
 1) 短时的循环负载周期, 并且有很高的负载电流
 
 2) 低频运行时, 有着很高的负载电流 

 

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发表于：2013-12-16 12:04:08
13楼

低频下IGBT会过热？为什么？道理是什么？没法理解呀？除非散热风扇在低频下不转才会热，这说得通，可设计是缺陷呀。
 
 --- 我看了SINAMICS Engineering Manual 工程手册, 手册上说: 
 在低频运行, 有高的负载电流时, 由于通过导通的IGBT 连接直流母线的正或负极, 其通路连接的时间较长, 导致IGBT 内芯剧烈温升! 

 

 

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发表于：2013-12-16 12:04:31
14楼

SLVC低频不行，那VC就行？为什么？好像道理讲不通呀。要说是低频，VC同样也是低频呀？为什么VC低频行，SLVC低频不行呢？呵呵，很奇怪呀。
 
 --- 不带编码器的SLVC控制, 低频时的电机模型与实际相差较大。很早就听说, 在5HZ (10%的额定频率) 以下, SLVC的速度环调节几乎不起作用, 低频时以电流模型来估算实际转速的精度, 而且电流环输出的电流值偏高。 

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15楼

嗯，终于看明白了。所以说V/F或者SLVC低频不行，是因为他的电流控制在低频时是开环的。这么说，也就顺理成章了。VC的电流始终是闭环的。所以不会过流。
 
 那还是呀，开环没关系呀，按照长风大侠说的，把转矩提升功能降下来，我认为把过载倍数降下来，不就行了嘛。尽管是开环控制，电流的“快速限制”功能还是有的。这是西门子变频器的一个特色呢。V/F控制时系统对最大电流设置是有快速限制功能的。在低频时，通过这个限制，使IGBT保证在安全值范围。不就结了？ 

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发表于：2013-12-16 12:05:13
16楼

嗯，终于看明白了。所以说V/F或者SLVC低频不行，是因为他的电流控制在低频时是开环的。这么说，也就顺理成章了。VC的电流始终是闭环的。所以不会过流。
 
 那还是呀，开环没关系呀，按照长风大侠说的，把转矩提升功能降下来，我认为把过载倍数降下来，不就行了嘛。尽管是开环控制，电流的“快速限制”功能还是有的。这是西门子变频器的一个特色呢。V/F控制时系统对最大电流设置是有快速限制功能的。在低频时，通过这个限制，使IGBT保证在安全值范围。不就结了？ 
 
 呵呵，如果这样很多大惯量的机器就启动不了了，启动时要克服静摩擦及加速，电流当然会瞬间过载 

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发表于：2013-12-17 16:14:11
17楼

看不懂。                                        

低频时，在一个周波内会导致这个周波载频的上下桥IGBT长时间导通，所以温升会比高频时有所增加。虽然长时间来看数个周波后平均温度是一样的，但断时间来看会导致通流时间段内的温度聚集过高，而不导通段温度迅速下降，这样对IGBT管芯产生的应力频率增加幅度增大，导致IGBT快速老化，最终故障。是这个意思吗？我看与控制方式没多大关系吧。

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