凝露的形成及其對西門子變頻器產(chǎn)生的危害和消除方法

時間：2019-11-29作者：上海微則自動化設(shè)備有限公司瀏覽：405

隨著我國經(jīng)濟(jì)、社會和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，我國各行各業(yè)廣泛的應(yīng)用著大量的變頻器。由于應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，加之我國幅員遼闊，勢必有大量的變頻器工作在潮濕的環(huán)境之中，比如安裝在我國潮濕多雨的沿海地區(qū)和南方地區(qū)的變頻器、或安裝在江湖和潮濕山地附近的風(fēng)電機(jī)組變頻器、或工作在河流、湖泊和海邊的變頻器裝置。受空氣濕度的影響，一旦工作環(huán)境溫度產(chǎn)生較大變化，就有可能導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，使得其內(nèi)部功率器件、電路板等部位產(chǎn)生一定量的液態(tài)水，在與變頻器內(nèi)部積累的灰塵混合后，就會對變頻器的電氣絕緣造成嚴(yán)重的影響，嚴(yán)重的還會產(chǎn)生通路，導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障，影響正常的運行。舉例而言，液態(tài)水附著于功率器件散熱板之上，會導(dǎo)致IGBT的柵較和漏較之間形成通路，并嚴(yán)重破壞IGBT的柵較，導(dǎo)致IGBT失去正常功能;再比如液態(tài)水附著于電路板之上，會導(dǎo)致相應(yīng)端子出現(xiàn)短路現(xiàn)象，進(jìn)而造成脈沖混亂，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致橋間短路等故障現(xiàn)象的出現(xiàn)。通過上述介紹，可以發(fā)現(xiàn)凝露現(xiàn)象會嚴(yán)重影響和威脅變頻器的正常穩(wěn)定運行，一旦變頻器工作于潮濕的環(huán)境之中，就一定要采取正確的措施來預(yù)防和消除凝露現(xiàn)象。

一、凝露的形成及其對變頻器產(chǎn)生的危害自然條件下的空氣，是由少量塵埃、水汽以及絕干空氣所組成?？諝馑軌蛉菁{的水汽與環(huán)境溫度成正比，即環(huán)境溫度越高，空氣就能夠容納更多數(shù)量的水汽。而所謂的露點溫度，是指特定濕度空氣出現(xiàn)凝露現(xiàn)象的較高溫度。在較高溫度下包容在空氣中的水汽，由于溫度的下降，會使得無法繼續(xù)容納于空氣中的水汽，通過液態(tài)水的形式析出。如果濕度較大且溫度相對較高的空氣，碰到溫度相對較低(**該條件下空氣的露點溫度)的變頻器的固態(tài)表面，就會產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，進(jìn)而在變頻器相關(guān)部件的表面產(chǎn)生一定量的液態(tài)水。當(dāng)液態(tài)水與變頻器內(nèi)部的灰塵混合后，會產(chǎn)生相應(yīng)的導(dǎo)電通道，進(jìn)而對變頻器的電氣絕緣造成影響，使得本該不導(dǎo)電的區(qū)域轉(zhuǎn)換為正常導(dǎo)電的區(qū)域。舉例來說，一旦混合了灰塵凝露附著于IGBT功率器件的表面，會導(dǎo)致IGBT的柵較和漏較之間形成通路，嚴(yán)重破壞IGBT的柵較，導(dǎo)致IGBT失去正常功能;又比如混合了灰塵凝露附著于控制電路板之上，會使得電路板產(chǎn)生原本不存在的導(dǎo)電通道，導(dǎo)致邏輯脈沖出現(xiàn)混亂，進(jìn)而產(chǎn)生電源短路、電子元器件失效等故障。盡管部分電路板進(jìn)行了相應(yīng)的涂覆處理，但由于質(zhì)量和盲點等因素的影響，總會在某些元器件的底部、電路連接處等部分產(chǎn)生凝露現(xiàn)象。

二、凝露的消除方法通過對溫差和濕度等凝露形成條件的破壞，可以起到從根本上消除凝露現(xiàn)象發(fā)生的目的。破壞了任何一個形成條件，變頻器都不會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。目前，較為通行和常用的凝露消除方法有：溫度控制法和濕度控制法，前者旨在降低相對溫度，而后者旨在降低相對濕度。1)溫度控制阻止凝露的形成，可以通過破壞溫差這一凝露形成條件來實現(xiàn)。由于變頻器柜體內(nèi)部相對封閉，若可以讓柜體溫度始終**露點溫度，就不會產(chǎn)生凝露。受該思想的影響，現(xiàn)階段主要有兩種溫度控制方案：**種方案包括通風(fēng)口和加熱器等。一般情況下通風(fēng)口都設(shè)置了過濾器，不僅能夠杜絕大量灰塵進(jìn)入變頻器內(nèi)部，而且還能夠確保IP防護(hù)等級。該方案的主要要點在于一旦濕度過大即開始加熱，溫度提升時就加大通風(fēng)。在濕度**過預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時，促發(fā)加熱動作，提高變頻器內(nèi)部溫度，進(jìn)而有效控制相對濕度條件，在溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閥值之后，起動通風(fēng)，從而使得變頻器內(nèi)部進(jìn)入一定量的外部新風(fēng)，從而確保變頻器內(nèi)外始終保持一致的空氣相對濕度，溫度始終保持在正常的范圍之內(nèi)。一般情況下，當(dāng)溫度**過40℃就起動通風(fēng)系統(tǒng)，相對濕度**過80%就起動加熱器。*二種方案的主要思路為：變頻器內(nèi)部冷卻能力相對可控，確保柜內(nèi)溫度始終保持在一定的范圍之內(nèi)，當(dāng)濕度**過閥值，就降低變頻器的散熱能力，通過變頻器所產(chǎn)生的功耗來提高變頻器柜內(nèi)溫度，從而杜絕凝露現(xiàn)象的出現(xiàn);當(dāng)溫度**過閥值，就提高散熱能力，杜絕溫度過高影響變頻器的正常運行。該方案下的變頻器柜體大多采用的是完全密封的形式，有效杜絕了鹽霧、有害氣體和灰塵進(jìn)入柜體內(nèi)部，便于變頻器長期、可靠和正常的運行。2)濕度控制通過減少水汽含量，有效降低空氣相對濕度，從而杜絕凝露現(xiàn)象的產(chǎn)生。主要包括以下三種方案：溫差除濕法、吸附及膜式除濕法和冷凝除濕法。溫差除濕法：在變頻器內(nèi)部安裝有利于凝露的散熱器，從而使得凝露僅形成于該散熱器之上，從而不會在變頻器內(nèi)部其他部位形成凝露，散熱器上形成的冷凝水通過出口向外排出，以便確保柜內(nèi)始終保持相對干燥的環(huán)境。吸附及膜式除濕法：在變頻器柜內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的吸附材料來起到水汽吸附的目的，確保柜內(nèi)始終保持相對干燥的環(huán)境;也可以通過膜過濾器的設(shè)置，來起到阻隔水汽的目的，只讓干空氣通過過濾器，使變頻器內(nèi)部只流入相對干燥的空氣。冷凝除濕法：在變頻器內(nèi)部設(shè)置溫度較低點，使得凝露僅產(chǎn)生于該處，從而有效降低變頻器內(nèi)部的相對濕度，使得變頻器內(nèi)部始終保持相對干燥的環(huán)境。

三、現(xiàn)實案例分析筆者在工作中曾遇到某型變壓器由于受潮濕空氣影響，造成其在工作過程中，功率模塊產(chǎn)生擊穿燒毀的事故。筆者接下來會在描述故障現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，分析原因，并提出相應(yīng)的防范措施。1)事故描述在發(fā)現(xiàn)變頻器無法正常運行之后，打開整流柜面板，看到R相的緩沖電容和IGBT被燒毀炸裂，且觸發(fā)線被完全燒壞，IGBT和緩沖電容之間的絕緣紙出現(xiàn)部分燒蝕碳化的現(xiàn)象，IGBT炸裂產(chǎn)生的金屬嚴(yán)重?zé)龎牧似湎路降?只電解電容，同時直流熔斷器被熔斷，負(fù)極銅排被嚴(yán)重?zé)龎?，母線銅排和固定螺絲被完全熔在一起。調(diào)閱報警歷史后發(fā)現(xiàn)，DCF=1直流保險處于開路狀態(tài)，并且三相交流進(jìn)線T相、R相熔斷器沒有產(chǎn)生任何動作。凝露產(chǎn)生的三大因素：露點溫度、濕度和環(huán)境溫度的關(guān)系曲線具體見下圖。圖1相對濕度、凝露溫度和環(huán)境溫度曲線結(jié)合現(xiàn)場實際情況和凝露形成條件，筆者提出了以下幾條主要的凝露防范措施：首先是強(qiáng)化變頻器柜體工作環(huán)境的溫濕度控制，開啟室內(nèi)空調(diào)，并將其調(diào)整為除濕模式。在正常運行過程中，由于變頻器的自身發(fā)熱，會使得柜內(nèi)溫度要大于外界的環(huán)境溫度，而一旦變頻器停止運行，柜內(nèi)溫度會緩慢降低到相應(yīng)的露點溫度。所以，筆者認(rèn)為在變頻器停止運行的狀態(tài)下，要相應(yīng)的降低室內(nèi)空調(diào)的溫度設(shè)置，避免環(huán)境溫度**變頻器柜內(nèi)溫度。其次在變頻器在正常運行過程中，要確保柜內(nèi)加熱器處于停用狀態(tài)，反之，要確保加熱器處于正常運行狀態(tài)，以便確保環(huán)境溫度始終**變頻器柜內(nèi)溫度。為實現(xiàn)自動恒溫調(diào)節(jié)的功能，加熱器務(wù)必使用PTC材料。對已有凝露控制器進(jìn)行改造，并設(shè)置3個溫度傳感器，其裝設(shè)位置為：2個裝設(shè)于變頻器柜內(nèi)的相應(yīng)位置，1個裝設(shè)在柜外，以便實現(xiàn)柜體溫度和柜外環(huán)境溫度監(jiān)測的目的。通過確保柜內(nèi)溫度來杜絕凝露條件的產(chǎn)生，從而有效防范凝露現(xiàn)象的出現(xiàn)。四、結(jié)論凝露現(xiàn)象會嚴(yán)重影響變頻器的正常運行，筆者所提出的幾點預(yù)防凝露的措施可以有效降低凝露現(xiàn)象的出現(xiàn)，減少事故發(fā)生的幾率，確保變頻器可以長期、穩(wěn)定和可靠的運行。


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