Какво е IGBT в VFD и как работи?

Вътре във всеки Задвижване с променлива честота, има набор от високоскоростни електронни ключове, наречени IGBT.

IGBT е съкращение от Insulated Gate Bipolar Transistor (биполярен транзистор с изолирана врата). Тези... компоненти са ядрото на инверторния каскад на VFD. Те директно контролират скоростта и въртящия момент на двигателя.

Разбирането на IGBT транзисторите помага на инженерите да поддържат задвижванията, да диагностицират повреди по-бързо и да избират по-висококачествено оборудване.

Какво е IGBT?

IGBT е триполюсен полупроводников ключ. Той съчетава най-добрите характеристики на двата типа транзистори. Включва се и изключва много бързо - хиляди пъти в секунда - под високо напрежение и ток.

Вътре в VFD, шест IGBT транзистора са разположени в трифазен инверторен мост (по два на изходна фаза). Трите терминала са:

• Портал (G) — получава сигнала за превключване от платката за управление на задвижването.
• Колектор (C) — свързва се с положителната или отрицателната шина на DC.
• Емитер (E) — свързва се към изходния терминал на двигателя.

Как импулсно-широчинната модулация (PWM) контролира скоростта на двигателя

След като променливотоковото захранване от мрежата се преобразува в постоянно напрежение, напрежението на постояннотокова шина обикновено е от 530 до 680 V. Шестте IGBT транзистора преобразуват това постоянно напрежение в серия от прецизно синхронизирани импулси. Този процес се нарича импулсно-широчинна модулация или ШИМ.

Платката за управление настройва времето за включване/изключване на всяка IGBT двойка хиляди пъти в секунда. Намотките на двигателя действат като естествен филтър поради своята индуктивност. Импулсното напрежение се осреднява в гладък ток с точно необходимата честота и напрежение.

MC9001 позволява на потребителите да регулират носещата честота на ШИМ (параметър F0.15) между 2 kHz и 16 kHz. По-високата честота води до по-плавна работа на двигателя, но увеличава топлината в задвижването. По-ниската честота намалява температурата на задвижването, но може леко да увеличи шума на двигателя.

Те също така превключват по-бавно, което увеличава топлината и намалява ефективността на задвижването. MINGCH доставя първокласни IGBT модули за всяко задвижване MC9001. Всяко устройство преминава през тест за пълно натоварване във фабриката преди доставка. Това гарантира, че до клиента достигат само напълно проверени задвижвания. 

За търговците на едро и търговските компании това означава по-малко връщания по гаранцията и по-висока удовлетвореност на клиентите.

Как да тествате IGBT модул с мултицет

Ако задвижването се изключи по OC (претоварване по ток) повреда Веднага при стартиране, вероятна причина е късо съединение на IGBT транзистор. Следвайте тези стъпки за безопасно тестване: 

Стъпка 1 — Изключване и разреждане:

• Изключете захранването от електрическата мрежа и изчакайте поне 10 минути. 
• Измерете постояннотоковото напрежение между клемите P+ и N− на шината с помощта на мултицет. 
• Не отваряйте корпуса на устройството, докато отчитането не падне под 36 V.

Стъпка 2 — Тест на диоден режим:

• Задайте мултицета в режим на тестване на диоди. 
• Поставете червената сонда върху колектора (C), а черната сонда върху емитера (E). Здрав IGBT транзистор отчита отворена верига (OL) в тази посока. 
• Разменете сондите. Здраво устройство показва от 0,3 до 0,7 V - правото напрежение на вградения диод. 
• Нулево отчитане и в двете посоки показва късо съединение в IGBT транзистора. Модулът трябва да бъде сменен.

Стъпка 3 — Тест на функцията на портата:

• Докоснете за кратко 9V батерия между гейта (G) и емитера (E), като положителният извод е към гейта. Измерете съпротивлението колектор-емитер. Съпротивлението ще намалее, което показва, че IGBT транзисторът вече е включен.
• Извадете батерията. Съпротивлението трябва да се върне към високо ниво, което сигнализира, че устройството е ИЗКЛЮЧЕНО. 
• Устройство, което не реагира на напрежението на гейта, е дефектно и трябва да бъде сменено.

Други възможни причини за повреди, причинени от свръхток

Не всяка повреда от претоварване (OC) означава повреден IGBT. Винаги проверявайте първо тези елементи. Съпротивлението на изолацията на двигателя трябва да надвишава 1 MΩ при 500V (тествайте с мегеров инструмент).

Кабелът на двигателя трябва да бъде правилно екраниран и в рамките на препоръчителната дължина. Времената за ускорение и забавяне може да са зададени твърде кратки за товара. Механични проблеми, като например блокирал лагер, могат да причинят повтарящи се повреди, свързани с преобразуване на оборотите (OC).

MC9001 съхранява последните 10 събития за повреди с работни данни (честота, ток, напрежение, температура). Прегледайте този регистър на повреди, преди да смените каквито и да е компоненти.

Защо трябва да смените дефектните IGBT транзистори

IGBT транзисторът в честотния регулатор е като сърцето на задвижването. Той превключва електричеството хиляди пъти всяка секунда и контролира скоростта и въртящия момент на двигателя. С течение на времето IGBT транзисторите могат да се износят или да се повредят. Ако IGBT транзисторът е повреден, честотният регулатор може да спре да работи, да накара двигателя да работи неправилно или дори да го повреди.

Бързата подмяна на дефектен IGBT транзистор поддържа безопасната работа на честотния регулатор, възстановява плавното управление на двигателя и предотвратява по-сериозни проблеми. Висококачествените подмяна също така намаляват вероятността от повтарящи се повреди и правят системата по-надеждна.

MINGCH MC9001: Надеждни VFD инвертори

За промишлена употреба, MINGCH предлага висококачествени VFD инвертори със здрави и издръжливи IGBT модули. Серия MC9001 е проектиран за прецизен контрол на двигателя, стабилна работа и безопасност. Работи добре в много приложения, включително вентилатори, помпи, опаковъчни машини и автоматизирани производствени линии.

MC9001 поддържа различни входни напрежения, включително еднофазно 220V, трифазно 220V и трифазно 380V. Може да осигурява честоти от 0 до 500 Hz и по-високи, ако се персонализират. Задвижването има и вградена защита срещу пренапрежение, поднапрежение, свръхток, претоварване, прегряване, загуба на фаза и късо съединение.

МИНЧ тества всяко задвижване във фабриката, за да гарантира качество. Те също така предоставят техническа поддръжка, резервни части и насоки за безопасна подмяна на IGBT модули. Това улеснява инсталирането и поддръжката за сервизи, системни интегратори и търговци на едро.

Можете да видите пълната гама от VFD продукти на MINGCH тук: Продуктов каталог на MINGCH.

Често задавани въпроси (ЧЗВ)

Какво е IGBT в VFD?
IGBT е бързо превключващ транзистор вътре в VFD инвертор. Той преобразува постоянния ток в контролиран променлив ток, регулирайки скоростта, въртящия момент и посоката на двигателя за прецизна работа.

Как работи импулсно-широчинната модулация (PWM) в честотен регулатор (VFD)?
ШИМ включва и изключва постояннотоковото напрежение чрез IGBT транзистори. Индуктивността на двигателя изглажда тези импулси до почти синусоидален променлив ток, контролирайки напрежението и честотата за точна скорост и въртящ момент.

Как мога да проверя IGBT в VFD?
Изключете захранването на задвижването, разредете DC шината и използвайте мултицет в диоден режим. Проверете реакцията на колектор-емитер и гейт-емитер. Неправилните показания показват, че IGBT транзисторът трябва да бъде сменен.

Какво причинява повреди по ток в честотен преобразувател (VFD)?
Грешките от преобразуване (OC) могат да са резултат от късо съединение на IGBT транзистори, проблеми с изолацията на двигателя, дълги или неправилно екранирани кабели, механични проблеми или твърде бързи рампи на ускорение/забавяне.

Защо качеството на IGBT транзисторите е важно?
Висококачествените IGBT транзистори се справят с многократно високоскоростно превключване и напрежение, осигурявайки надеждна работа на честотния регулатор. Нискокачествените устройства се повреждат при пусково напрежение или спиране, което намалява живота на задвижването.

Мога ли да интегрирам VFD с PLC?
Да. Жично свързаното цифрово/аналогово управление е подходящо за единични задвижвания, докато Modbus RTU позволява на един PLC да управлява множество VFD. Правилното окабеляване и настройки защитават IGBT транзисторите.

Каква е типичната носеща честота на ШИМ за промишлени приложения?
ШИМ честота от 4–6 kHz балансира плавната работа на двигателя и температурата на задвижването. По-високите честоти осигуряват плавно движение, но увеличават топлината; по-ниските честоти намаляват топлината, но леко увеличават шума на двигателя.