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變頻器凝露的形成、危害及防護措施

    隨著我國經濟、社會和科學技術的高速發展,我國各行各業廣泛的應用著大量的變頻器。由于應用領域廣泛,加之我國幅員遼闊,勢必有大量的變頻器工作在潮濕的環境之中,比如安裝在我國潮濕多雨的沿海地區和南方地區的變頻器、或安裝在江湖和潮濕山地附近的風電機組變頻器、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,一旦工作環境溫度產生較大變化,就有可能導致變頻器出現凝露現象,使得其內部功率器件、電路板等部位產生一定量的液態水,在與變頻器內部積累的灰塵混合后,就會對變頻器的電氣絕緣造成嚴重的影響,嚴重的還會產生通路,導致變頻器出現故障,影響正常的運行。

    舉例而言,液態水附著于功率器件散熱板之上,會導致IGBT的柵極和漏極之間形成通路,并嚴重破壞IGBT的柵極,導致IGBT失去正常功能;再比如液態水附著于電路板之上,會導致相應端子出現短路現象,進而造成脈沖混亂,嚴重的還會導致橋間短路等故障現象的出現。

    通過上述介紹,可以發現凝露現象會嚴重影響和威脅變頻器的正常穩定運行,一旦變頻器工作于潮濕的環境之中,就一定要采取正確的措施來預防和消除凝露現象。

凝露的形成及其對變頻器產生的危害

    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{的水汽與環境溫度成正比,即環境溫度越高,空氣就能夠容納更多數量的水汽。而所謂的露點溫度,是指特定濕度空氣出現凝露現象的最高溫度。

在較高溫度下包容在空氣中的水汽,由于溫度的下降,會使得無法繼續容納于空氣中的水汽,通過液態水的形式析出。如果濕度較大且溫度相對較高的空氣,碰到溫度相對較低(低于該條件下空氣的露點溫度)的變頻器的固態表面,就會產生凝露現象,進而在變頻器相關部件的表面產生一定量的液態水。

當液態水與變頻器內部的灰塵混合后,會產生相應的導電通道,進而對變頻器的電氣絕緣造成影響,使得本該不導電的區域轉換為正常導電的區域。

    舉例來說,一旦混合了灰塵凝露附著于IGBT功率器件的表面,會導致IGBT的柵極和漏極之間形成通路,嚴重破壞IGBT的柵極,導致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,會使得電路板產生原本不存在的導電通道,導致邏輯脈沖出現混亂,進而產生電源短路、電子元器件失效等故障。

盡管部分電路板進行了相應的涂覆處理,但由于質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生凝露現象。

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象發生的目的。破壞了任何一個形成條件,變頻器都不會出現凝露現象。

    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。由于變頻器柜體內部相對封閉,若可以讓柜體溫度始終高于露點溫度,就不會產生凝露。受該思想的影響,現階段主要有兩種溫度控制方案:

    第一種方案包括通風口和加熱器等。一般情況下通風口都設置了過濾器,不僅能夠杜絕大量灰塵進入變頻器內部,而且還能夠確保IP防護等級。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。在濕度超過預先設定的數值時,促發加熱動作,提高變頻器內部溫度,進而有效控制相對濕度條件,在溫度達到預先設定的閥值之后,起動通風,從而使得變頻器內部進入一定量的外部新風,從而確保變頻器內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。一般情況下,當溫度超過40℃就起動通風系統,相對濕度超過80%就起動加熱器。

    第二種方案的主要思路為:變頻器內部冷卻能力相對可控,確保柜內溫度始終保持在一定的范圍之內,當濕度超過閥值,就降低變頻器的散熱能力,通過變頻器所產生的功耗來提高變頻器柜內溫度,從而杜絕凝露現象的出現;當溫度超過閥值,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、有害氣體和灰塵進入柜體內部,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,從而杜絕凝露現象的產生。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,以便確保柜內始終保持相對干燥的環境。

吸附及膜式除濕法:在變頻器柜內設置相應的吸附材料來起到水汽吸附的目的,確保柜內始終保持相對干燥的環境;也可以通過膜過濾器的設置,來起到阻隔水汽的目的,只讓干空氣通過過濾器,使變頻器內部只流入相對干燥的空氣。

    冷凝除濕法:在變頻器內部設置溫度最低點,使得凝露僅產生于該處,從而有效降低變頻器內部的相對濕度,使得變頻器內部始終保持相對干燥的環境。

結論

    凝露現象會嚴重影響變頻器的正常運行,以上所提出的幾點預防凝露的措施可以有效降低凝露現象的出現,減少事故發生的幾率,確保變頻器可以長期、穩定和可靠的運行。


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