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变频器短路保护的注意事项

导读: 短路保护是接于电源和负载之间的装置具有的一种在其负载侧发生短路时能将短路点与电源有效地分断的功能。

  短路保护是接于电源和负载之间的装置具有的一种在其负载侧发生短路时能将短路点与电源有效地分断的功能。

  短路分断能力是指装置在负载侧出现短路后在不致使装置本身损坏的前提下能将短路电流可靠地切断的能力,不致于使故障范围扩大。

  一个装置具有短路保护功能,所以它必须有一定的短路分断能力;而一个具有短路分断能力的装置,就说明它有短路保护功能,这两者之间怎么可能被分开来说事呢?

  以常用的空气开关为例,当出现的短路电流大于空气开关的短路分断电流时,空气开关肯定已经启动保护了,只是其能力小了而不能将短路电流分断,最终会损坏。为什么它的分断能力小于实际短路电流呢?一是空气开关选型问题,二是电网容量的问题,因为电路中短路电流有多大是根据电路参数可以计算出来的,与电源容量及线路阻抗有关,即是设计选型应考虑的事情。

  不能因为发生短路后变频器损坏了就说它没有短路保护功能。损坏了,就说明系统中有某一个环节存在有问题。

  通常在高低压断路器和熔断器上用到分断能力,也就是分断短路电流时的灭弧能力。我们以前使用过AEG早期的变频器,控制板固定在有活页的金属板上,移开就可看到直流母线上的快熔。到目前为止,我们使用的西门子的数量多,基本都按照了输出电抗器,但现场线路短路或电机烧都未造成功率元件烧毁,唯一例外的是有一次因制动电阻处短路造成制动单元和整流部分烧毁,进线侧用的是普通的断路器。如果是因为短路造成变频器损坏,单就变频器而言,我认为就是从检测到保护的响应时间慢了又没有其它的保护措施,现在很少见到直流回路装快熔的变频器了,输出电抗器对短路电流的限制有没有效果尚不得而知。

  刀熔开关对进线侧保护,出线是没有任何硬件保护的(输出电抗器可以限制短路电流),运行中出现单相接地故障(全压),烧你变频器(带输出电抗器)没商量,因为出线无短路保护。

  变频器的输出侧不设短路保护是因为,变频器的输出功率器件目前都是IGBT的功率模块。当变频器输出或负载发生短路时,IGBT自身有抗短路的功能,自己被锁住不输出电流的功能。保护功率器件不被短路电流损坏。反之,变频器输出如果加了短路保护反倒有问题了。首先短路电流很快IGBT如果自身不能自锁的话,根本来不及保护自己就完蛋了。加了保护也白加,因为速度太快,拦不住。第二,最重要的,IGBT在工作时,决不允许负载开路,否则会因为高dv/dt导致IGBT击穿。

  正因为此,IGBT都是能自我抗短路。也就是说不怕负载短路。如果变频器的输出功率器件炸了,不是因为短路本身造成的,一定还有其他的原因,比如,工作中负载突然开路了,或者过载了(IGBT怕过载,不怕短路)。

  短路和过载当然不同,短路的电流比过载电流大得多,IGBT有快速的自关断功能。而过载电流IGBT的自锁保护是不关断的,此时当过载时间比较长,管子会发热,导致热过载炸管子。因此,变频器的故障保护对过载和短路都设置了参数。西门子的变频器都有这些输出保护的功能。而变频器的输入,是二极管或可控硅的,就没有自保护功能了,要用外部的快熔做短路保护。如果整流单元是那种IGBT形式的(ALM),输入也具备自锁保护功能,也不怕短路!输入不加快熔了。

  IGBT的发展过程,一开始就是研究怎么抗短路的,否则没法用。因为靠外部的有触点开关或快熔,都不足以安全保护IGBT的,开关跳了,IGBT也跟着完蛋。所以,在管子输出加了电流截止保护功能,如果短路电流来了,立即自锁。使管子不会完蛋。正是因为IGBT有了抗短路的功能,所以在整流或逆变电路中,他不会像可控硅那样发生“逆变颠覆”。这也是IGBT的一大亮点呢。

  当变频器输出或负载发生短路时,IGBT自身有抗短路的功能,自己被锁住不输出电流的功能。保护功率器件不被短路电流损坏。

  变频器输出正在工作时,突然地负载断线(开路),此时模块被炸的原因。这都是因为此时的dv/dt太高(特别是负载较大时),此时线路的状态就像是带载*作刀熔开关。尽管变频器的输出功率模块有RC阻容吸收功能,但太高动态电压,还是挡不住击穿IGBT的。

  这种反向浪涌冲击与自然界中的江河水流很相似,比如湍急水流的江河上,水坝的闸门突然放下,必然激起反向浪涌强烈地冲击上游。这里的上游就是IGBT,非常高的反向浪涌dv/dt电压打得IGBT招架不住。因此,此时炸IGBT模块没商量。

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