浅谈变频器的短路保护

发布时间: 2014-09-26 13:03 作者: 浏览次数: 字号:

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,这两者不能分开来说事。

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。

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)。

先说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。因此,此时炸模块没商量。

再说热过载炸模块,变频器的输出功率模块,其散热、温升功能是已经设计好的,包括散热的截面、空气的流动或冷却介质的流量等等,如果超负荷指标运行,时间越长,管子的热积累越重。导致超过允许的温升,也同样是炸模块没商量。

记得早在上世纪的90年代中末期,西安电力电子技术研究所曾经做过一次关于IGBT功率器件的研究学术交流。那时,国内的IGBT正处于研发阶段,国外的产品用的比较普及,而国内的还没有推广产品,那个时期,国内的可控硅器件已经相当的成熟了,多大功率都有,IGBT还不行。记得当时讲演的一个工程师就说,他们做实验,IGBT不怕短路,短路了没输出,快速关断。可IGBT特别怕热,如果散热不好,很容易炸。所以,对那次交流活动的内容记忆特别深。也知道IGBT的软肋是什么了。

在使用的元器件时要了解其的脾气和秉性,只有这样才能科学的、合理的、正确的选型和配置自己设计的系统,才能让其安全、可靠工作。如果是画蛇添足的在变频器的输出加开关或保护,而且是带载动作,无疑将是致命的错误;如果是“小马拉大车”,偷工减料心存侥幸心理,想省几个钱,潜在的危险是存在的,而且很严重。