Ce este un IGBT într-un VFD și cum funcționează?

În interiorul fiecărui Acționare cu frecvență variabilă, există un set de comutatoare electronice de mare viteză numite IGBT-uri.

IGBT este prescurtarea de la Tranzistor Bipolar cu Poartă Izolată. Acestea componente sunt nucleul etajului invertorului VFD. Acestea controlează direct viteza și cuplul motorului.

Înțelegerea IGBT-urilor îi ajută pe ingineri să întrețină acționările, să diagnosticheze defecțiunile mai rapid și să selecteze echipamente de calitate superioară.

Ce este un IGBT?

Un IGBT este un comutator semiconductor cu trei terminale. Acesta combină cele mai bune caracteristici ale celor două tipuri de tranzistoare. Se activează și se dezactivează foarte rapid - de mii de ori pe secundă - în condiții de tensiune și curent ridicat.

În interiorul unui VFD, șase IGBT-uri sunt aranjate într-o punte invertoare trifazată (două pe fază de ieșire). Cele trei terminale sunt:

• Poarta (G) — primește semnalul de comutare de la placa de control a acționării.
• Colector (C) — se conectează la șina magistrală de curent continuu pozitivă sau negativă.
• Emițător (E) — se conectează la terminalul de ieșire al motorului.

Cum controlează modulația lățimii impulsurilor (PWM) viteza motorului

După ce alimentarea de la rețeaua electrică alternativă este convertită în curent continuu, tensiunea magistralei de curent continuu este de obicei între 530 și 680 V. Cele șase IGBT-uri divid această tensiune continuă într-o serie de impulsuri sincronizate precis. Acest proces se numește Modulația Lățimii Impulsului sau PWM.

Placa de control ajustează temporizarea pornirii/opririi fiecărei perechi de IGBT de mii de ori pe secundă. Înfășurările motorului acționează ca un filtru natural datorită inductanței lor. Tensiunea pulsată se transformă într-un curent constant exact la frecvența și tensiunea necesare.

MC9001 permite utilizatorilor să ajusteze frecvența purtătoare PWM (parametrul F0.15) între 2 kHz și 16 kHz. O frecvență mai mare produce o funcționare mai lină a motorului, dar crește căldura în sistemul de acționare. O frecvență mai mică reduce temperatura sistemului de acționare, dar poate crește ușor zgomotul motorului.

De asemenea, acestea comută mai lent, ceea ce crește căldura și reduce eficiența unității de acționare. MINGCH furnizează module IGBT premium pentru fiecare unitate de acționare MC9001. Fiecare unitate este supusă unui test de rodaj la sarcină maximă în fabrică înainte de expediere. Acest lucru asigură că doar unitățile de acționare complet verificate ajung la client. 

Pentru angrosiști și companii comerciale, aceasta înseamnă mai puține retururi în garanție și o satisfacție mai mare a clienților.

Cum se testează un modul IGBT cu un multimetru

Dacă o unitate de acționare se deconectează pe o Defect OC (supracurent) Imediat la pornire, un IGBT scurtcircuitat este o cauză probabilă. Urmați acești pași pentru a testa în siguranță: 

Pasul 1 — Oprirea și descărcarea:

• Deconectați alimentarea de la rețea și așteptați cel puțin 10 minute. 
• Măsurați tensiunea continuă la bornele magistralei P+ și N− folosind un multimetru. 
• Nu deschideți carcasa unității până când valoarea afișată nu scade sub 36 V.

Pasul 2 — Testarea modului diodă:

• Setați multimetrul în modul de testare a diodelor. 
• Plasați sonda roșie pe colector (C) și sonda neagră pe emițător (E). Un IGBT funcțional citește circuit deschis (OL) în această direcție. 
• Inversați sondele. Un dispozitiv funcțional arată între 0,3 și 0,7 V — tensiunea directă a diodei sale încorporate. 
• O citire zero în ambele direcții indică un IGBT scurtcircuitat. Modulul trebuie înlocuit.

Pasul 3 — Testarea funcției porții:

• Atingeți scurt o baterie de 9V între Gate (G) și Emițător (E), terminalul pozitiv la Gate. Măsurați rezistența colector-emițător. Rezistența va scădea, indicând că IGBT-ul este acum PORNIT.
• Scoateți bateria. Rezistența ar trebui să revină la valoarea mare, semnalând că dispozitivul este acum OPRIT. 
• Un dispozitiv care nu răspunde la tensiunea porții este defect și trebuie înlocuit.

Alte cauze posibile ale defecțiunilor de supracurent

Nu orice defect OC înseamnă o defecțiune a IGBT-ului. Verificați întotdeauna aceste elemente mai întâi. Rezistența izolației motorului trebuie să depășească 1 MΩ la 500V (testați cu un instrument Megger).

Cablul motorului trebuie să fie ecranat corect și să se încadreze în lungimea recomandată. Timpii de rampă de accelerare și decelerare pot fi setați prea scurți pentru sarcină. Problemele mecanice, cum ar fi un rulment blocat, pot cauza defecțiuni OC repetate.

MC9001 stochează ultimele 10 evenimente de eroare împreună cu datele de funcționare (frecvență, curent, tensiune, temperatură). Consultați acest jurnal de erori înainte de a înlocui orice componentă.

De ce ar trebui să înlocuiți IGBT-urile defecte

IGBT-ul dintr-un VFD este ca inima sistemului de acționare. Comută curentul electric de mii de ori pe secundă și controlează viteza și cuplul motorului. În timp, IGBT-urile se pot uza sau defecta. Dacă un IGBT este deteriorat, VFD-ul se poate opri din funcționare, poate face ca motorul să funcționeze incorect sau chiar îl poate deteriora.

Înlocuirea rapidă a unui IGBT defect menține funcționarea sigură a VFD-ului, restabilește controlul lin al motorului și previne probleme mai grave. Înlocuirile de înaltă calitate reduc, de asemenea, șansa de defecțiuni repetate și fac sistemul mai fiabil.

MINGCH MC9001: Invertoare VFD fiabile

Pentru utilizare industrială, MINGCH oferă invertoare VFD de înaltă calitate cu module IGBT puternice și durabile. Seria MC9001 este conceput pentru controlul precis al motorului, funcționare stabilă și siguranță. Funcționează bine în multe aplicații, inclusiv ventilatoare, pompe, mașini de ambalat și linii de producție automatizate.

MC9001 acceptă diferite tensiuni de intrare, inclusiv monofazat 220V, trifazat 220V și trifazat 380V. Poate furniza frecvențe de la 0 la 500 Hz și chiar mai mari, dacă este personalizat. De asemenea, convertizorul are protecție încorporată împotriva supratensiunii, subtensiunii, supracurentului, supraîncărcării, supraîncălzirii, pierderii de fază și scurtcircuitelor.

MINGCH testează fiecare acționare în fabrică pentru a asigura calitatea. De asemenea, oferă asistență tehnică, piese de schimb și îndrumare pentru înlocuirea în siguranță a modulelor IGBT. Acest lucru facilitează instalarea și întreținerea pentru reparatori, integratori de sisteme și angrosiști.

Puteți vedea gama completă de produse VFD MINGCH aici: Catalogul de produse MINGCH.

Întrebări frecvente (FAQs)

Ce este un IGBT într-un VFD?
Un IGBT este un tranzistor cu comutare rapidă din interiorul unui invertor VFD. Acesta convertește curentul continuu în curent alternativ controlat, reglând viteza, cuplul și direcția motorului pentru o funcționare precisă.

Cum funcționează modulația lățimii impulsurilor (PWM) într-un VFD?
PWM comută tensiunea continuă (DC) prin intermediul IGBT-urilor. Inductanța motorului netezește aceste impulsuri în curent alternativ aproape sinusoidal, controlând tensiunea și frecvența pentru o viteză și un cuplu precise.

Cum pot verifica un IGBT într-un VFD?
Opriți unitatea de acționare, descărcați magistrala de curent continuu și utilizați un multimetru în modul diodă. Verificați răspunsul colector-emitor și poartă-emitor. Citirile eronate indică faptul că IGBT-ul trebuie înlocuit.

Ce cauzează defecțiunile de supracurent într-un VFD?
Defecțiunile OC pot rezulta din scurtcircuitarea IGBT-urilor, probleme de izolație a motorului, cabluri lungi sau ecranate necorespunzător, probleme mecanice sau rampe de accelerare/decelerare prea rapide.

De ce este importantă calitatea IGBT-urilor?
IGBT-urile de înaltă calitate fac față comutărilor repetate de mare viteză și solicitărilor de tensiune, asigurând o funcționare fiabilă a VFD-ului. Dispozitivele de calitate inferioară se defectează la supratensiune sau la frânare, reducând durata de viață a acționării.

Pot integra un VFD cu un PLC?
Da. Controlul digital/analogic cablat este potrivit pentru un singur sistem de acționare, în timp ce Modbus RTU permite unui singur PLC să gestioneze mai multe variatoare de frecvență. Cablarea și setările corecte protejează IGBT-urile.

Care este o frecvență purtătoare PWM tipică pentru aplicații industriale?
O frecvență PWM de 4–6 kHz echilibrează funcționarea lină a motorului și temperatura sistemului de acționare. Frecvențele mai mari netezesc mișcarea, dar cresc căldura; frecvențele mai joase reduc căldura, dar cresc ușor zgomotul motorului.