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研讨变频器IGBT开路故障诊断方法

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摘要:在变频器IGBT开路故障诊断方法的分析和研究中,通过对其概念、系统组成对变频器IGBT开路故障诊断方法进行分析探索。

关键词:变频器IGBT;开路故障;诊断方法

引言:

社会进程的过程中,为使生产效率提高,人们研究、开发出了现代化的调速系统,而其实际控制整体生产进程的“变频器”也成为整体电子系统的核心组成部分,但由于其是由逆变器和电动机构成的生产传动系统,在电磁环境的影响下也极易受到影响。而在现实的工业生产过程里,生产工艺系统的运转是不允许出现停机现象的,由此,人们也对系统自动维护性、生产能力等提出了更高的要求,在整体系统不会出现生产指标降低或故障的情况下,实现企业自身的经济效益和社会效益的提升。

一、变频器IGBT概念

IGBT即指绝缘栅双极型晶体管(如图一),其是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOS)进行组合的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,其晶体管在具备高输入阻抗(MOSFET)和低导通压(GTR)降优点的同时。如出现饱和度(GTR)降低,其载流密度就会增大,但电流会呈现增加的状态;反之,相应的驱动功率出现最小值,则其开关的速度也会相对较快,但在现实导通管道的压力降低难度也会随之增加,对应的流速密度降低。而在现实的变频器IGBT的现实应用中,通过两个门极(G)管体优势的对应电流传输的控制,也能使驱动功率和总体饱和压同比常规的诊断方法有更为直接有效的功率降低。而目标的实现也是通过现实生产设备运转中,对常规直流电压进行电伏功率的变流系统的控制,相关的传输量一般维持在六百伏及以上,并在电压传输的过程里对交流电机、变频器、开关电源、电路等领域进行联动管理。这之中,变频器就被作为现实电压能源转换和传输的核心部件,即我们常规意识中的“中央处理器”;而相应部件的应用也被作为我国产业发展的重要战略目标,并在电网、航空航天、电动汽车等新型能源装备领域中被广大用户所应用和接受[1]。

二、机组的电控系统构成

(一)变频器IGBT结构

如上图所示,在双极型晶管体中,N+区在N极沟道中属于增强源区绝缘栅的电压增强阶段,依附于其表面的电极也被相关人员定义为原极(即发射极);基极被称为电极漏区;器件控制区为栅区,在其表面的电极为栅极(G)。在实际进行运转的过程里,其沟道的出现是通过栅边界的对流回路构成的;在两极电极通过P型区域过程的亚沟道区的形成中,电极通过另一侧的漏区地带进行对应区域的电极注入,而这样的形式也是变频器IGBT开路器独有的功能区。在综合形成统一PNP双极晶体管体中,对空白区间或停滞区间进行漏极的导电调制,也是有效降低器件常规状态电压极的有效措施[2]。

(二)工作特性

1、静态特征该状态特征主要由伏安、转移这两种特性构成。前者是以栅源电压(Ugs)为参变量(Id)时,对相应的漏极电流和栅极电压曲线变化的关系展示。在与其它的设备特性对比中,其与MOSFET的转移特性基本相同;即在栅极电压小于开启电压输出时,扁平器的开路接口处于关断状态。而在电压流通过漏极电流管辖范围之内时,两者的关系又呈现线性的正向比关系,为此在漏极电流的限制设定电压值时,相关操作人员一般采用十五伏左右的电流进行设备运行[3]。

2、动态特征动态特性又称为开关特性,其内容也被分为开关速度和开关过程中损耗两部分。即是指漏极电流与漏源电压之间的动态关系。关断操作流程不需要负栅压来减少关断时间,但关断时间会随着栅极和发射极并联电阻的增加而增加,而此时,通态电压的公式由JI结数值为0.7至1V的正向电压、扩展电阻的压降及沟道电阻构成。通态电流的公式则由流过MOSFET的电流为实际计算单位。由于N+区的电导调制效应,其IGBT通态压降小。当IGBT处于断态时,也只会形成很小的泄漏电流[4]。

三、变频器IGBT开路故障诊断方式

在实际的生产故障分析中,我们知道造成故障的原因的是多种多样的,如:提升机频繁电控故障、电控柜内里积尘导致的散热不良、本身工作环境温度高等。可以说;生产电机构建的控制系统中,一旦其中的某一功能单元或元器件出现故障或短路其都有可能会导致生产故障的出现,而变频器在整体控制系统中,出现故障的概率都会远高于其他设备运行组件。在变频器的现实运转过程中,逆变器在整体的电流传出中的开路故障占比重较高;由此,在现实的故障诊断方法的开展中,其现实研究的故障问题就是对高故障容限制变频器问题进行实际实践和问题解决方案和措施的提出。用常规思路来理解就是在变频器IGBT出现更大电流的直线流通中产生过流故障的因素较高,在电机电流同比的直流电流分支流量,使机组转矩减小、发热、绝缘损坏等问题出现,甚至是重大安全事故的发生;为此,操作管理人员就要在检测故障的同时,采用桥臂冗余、四开关等方式继续安全容错运行[5]。

结束语:

通过对变频器IGBT结构运作和开路故障诊断方法的分析、探究,我们也在实际实践的过程中,发现工业生产工作开展期间,其生产系统出现故障的诊断方法。在进行了相关内容分析后,研究人员也就生产环节提出了变频器故障的预防措施,如:修正电控参数,完善保护范围、增强维护人员及操作司机的技术素质、改善电控室的降温方法等。在变频器IGBT运转出现故障的同时,操作管理人员能在及时分析故障原因的过程中,采用对应有效的措施进行设备正常运行的保障和最大经济效益化的实现。

参考文献:

[1]于泳,蒋生成,杨荣峰,等.变频器IGBT开路故障诊断方法[J].中国电机工程学报,2011,(9):30-35.

[2]曲亚男.变频器IGBT开路故障诊断方法[J].电子制作,2014,(19):17-17.

[3]中国矿业大学.一种三电平有源滤波器IGBT开路故障定位方法:CN201610404628.7[P].2016-11-09.

[4]哈尔滨工业大学.变频器三相逆变桥IGBT开路故障诊断方法:CN201010540367.4[P].2011-05-11.

[5]蒋生成.变频器故障诊断及容错控制[D].哈尔滨工业大学,2012.

作者:胡修梅 单位:鲁中中等专业学校(鲁中高级技工学校)

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