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变频器凝露的形成、危害及防护措施

    随着我国经济、社会和科学技术的高速发展,我国各行各业广泛的应用着大量的变频器。由于应用领域广泛,加之我国幅员辽阔,势必有大量的变频器工作在潮湿的环境之中,比如安装在我国潮湿多雨的沿海地区和南方地区的变频器、或安装在江湖和潮湿山地附近的风电机组变频器、或工作在河流、湖泊和海边的变频器装置。

受空气湿度的影响,一旦工作环境温度产生较大变化,就有可能导致变频器出现凝露现象,使得其内部功率器件、电路板等部位产生一定量的液态水,在与变频器内部积累的灰尘混合后,就会对变频器的电气绝缘造成严重的影响,严重的还会产生通路,导致变频器出现故障,影响正常的运行。

    举例而言,液态水附着于功率器件散热板之上,会导致IGBT的栅极和漏极之间形成通路,并严重破坏IGBT的栅极,导致IGBT失去正常功能;再比如液态水附着于电路板之上,会导致相应端子出现短路现象,进而造成脉冲混乱,严重的还会导致桥间短路等故障现象的出现。

    通过上述介绍,可以发现凝露现象会严重影响和威胁变频器的正常稳定运行,一旦变频器工作于潮湿的环境之中,就一定要采取正确的措施来预防和消除凝露现象。

凝露的形成及其对变频器产生的危害

    自然条件下的空气,是由少量尘埃、水汽以及绝干空气所组成。空气所能够容纳的水汽与环境温度成正比,即环境温度越高,空气就能够容纳更多数量的水汽。而所谓的露点温度,是指特定湿度空气出现凝露现象的最高温度。

在较高温度下包容在空气中的水汽,由于温度的下降,会使得无法继续容纳于空气中的水汽,通过液态水的形式析出。如果湿度较大且温度相对较高的空气,碰到温度相对较低(低于该条件下空气的露点温度)的变频器的固态表面,就会产生凝露现象,进而在变频器相关部件的表面产生一定量的液态水。

当液态水与变频器内部的灰尘混合后,会产生相应的导电通道,进而对变频器的电气绝缘造成影响,使得本该不导电的区域转换为正常导电的区域。

    举例来说,一旦混合了灰尘凝露附着于IGBT功率器件的表面,会导致IGBT的栅极和漏极之间形成通路,严重破坏IGBT的栅极,导致IGBT失去正常功能;又比如混合了灰尘凝露附着于控制电路板之上,会使得电路板产生原本不存在的导电通道,导致逻辑脉冲出现混乱,进而产生电源短路、电子元器件失效等故障。

尽管部分电路板进行了相应的涂覆处理,但由于质量和盲点等因素的影响,总会在某些元器件的底部、电路连接处等部分产生凝露现象。

凝露的消除方法

    通过对温差和湿度等凝露形成条件的破坏,可以起到从根本上消除凝露现象发生的目的。破坏了任何一个形成条件,变频器都不会出现凝露现象。

    目前,较为通行和常用的凝露消除方法有:温度控制法和湿度控制法,前者旨在降低相对温度,而后者旨在降低相对湿度。

    1)温度控制

    阻止凝露的形成,可以通过破坏温差这一凝露形成条件来实现。由于变频器柜体内部相对封闭,若可以让柜体温度始终高于露点温度,就不会产生凝露。受该思想的影响,现阶段主要有两种温度控制方案:

    第一种方案包括通风口和加热器等。一般情况下通风口都设置了过滤器,不仅能够杜绝大量灰尘进入变频器内部,而且还能够确保IP防护等级。该方案的主要要点在于一旦湿度过大即开始加热,温度提升时就加大通风。在湿度超过预先设定的数值时,促发加热动作,提高变频器内部温度,进而有效控制相对湿度条件,在温度达到预先设定的阀值之后,起动通风,从而使得变频器内部进入一定量的外部新风,从而确保变频器内外始终保持一致的空气相对湿度,温度始终保持在正常的范围之内。一般情况下,当温度超过40℃就起动通风系统,相对湿度超过80%就起动加热器。

    第二种方案的主要思路为:变频器内部冷却能力相对可控,确保柜内温度始终保持在一定的范围之内,当湿度超过阀值,就降低变频器的散热能力,通过变频器所产生的功耗来提高变频器柜内温度,从而杜绝凝露现象的出现;当温度超过阀值,就提高散热能力,杜绝温度过高影响变频器的正常运行。该方案下的变频器柜体大多采用的是完全密封的形式,有效杜绝了盐雾、有害气体和灰尘进入柜体内部,便于变频器长期、可靠和正常的运行。

    2)湿度控制

    通过减少水汽含量,有效降低空气相对湿度,从而杜绝凝露现象的产生。主要包括以下三种方案:温差除湿法、吸附及膜式除湿法和冷凝除湿法。

    温差除湿法:在变频器内部安装有利于凝露的散热器,从而使得凝露仅形成于该散热器之上,从而不会在变频器内部其他部位形成凝露,散热器上形成的冷凝水通过出口向外排出,以便确保柜内始终保持相对干燥的环境。

吸附及膜式除湿法:在变频器柜内设置相应的吸附材料来起到水汽吸附的目的,确保柜内始终保持相对干燥的环境;也可以通过膜过滤器的设置,来起到阻隔水汽的目的,只让干空气通过过滤器,使变频器内部只流入相对干燥的空气。

    冷凝除湿法:在变频器内部设置温度最低点,使得凝露仅产生于该处,从而有效降低变频器内部的相对湿度,使得变频器内部始终保持相对干燥的环境。

结论

    凝露现象会严重影响变频器的正常运行,以上所提出的几点预防凝露的措施可以有效降低凝露现象的出现,减少事故发生的几率,确保变频器可以长期、稳定和可靠的运行。


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