IGBT trong biến tần là gì và nó hoạt động như thế nào?

Bên trong mỗi Biến tần, Có một bộ các công tắc điện tử tốc độ cao được gọi là IGBT.

IGBT là viết tắt của Transistor lưỡng cực cổng cách điện. Những transistor này các thành phần Chúng là bộ phận cốt lõi của mạch biến tần VFD. Chúng điều khiển trực tiếp tốc độ và mô-men xoắn của động cơ.

Hiểu biết về IGBT giúp các kỹ sư bảo trì hệ thống điều khiển, chẩn đoán lỗi nhanh hơn và lựa chọn thiết bị chất lượng cao hơn.

IGBT là gì?

IGBT là một công tắc bán dẫn ba cực. Nó kết hợp những đặc điểm tốt nhất của hai loại transistor. Nó đóng và tắt rất nhanh – hàng nghìn lần mỗi giây – dưới điện áp và dòng điện cao.

Bên trong một biến tần (VFD), sáu IGBT được bố trí thành một cầu biến tần ba pha (hai IGBT cho mỗi pha đầu ra). Ba cực của nó là:

• Cổng (G) — nhận tín hiệu chuyển mạch từ bảng điều khiển truyền động.
• Cực thu (C) — kết nối với thanh dẫn điện DC dương hoặc âm.
• Bộ phát (E) — kết nối với đầu ra của động cơ.

Cách thức điều khiển tốc độ động cơ bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)

Sau khi nguồn điện xoay chiều được chuyển đổi thành điện một chiều, điện áp bus DC thường nằm trong khoảng 530 đến 680 V. Sáu IGBT sẽ chia điện áp DC này thành một loạt các xung được định thời chính xác. Quá trình này được gọi là Điều chế độ rộng xung, hay PWM.

Mạch điều khiển điều chỉnh thời gian bật/tắt của từng cặp IGBT hàng nghìn lần mỗi giây. Cuộn dây động cơ hoạt động như một bộ lọc tự nhiên nhờ độ tự cảm của chúng. Điện áp xung được trung bình hóa thành dòng điện ổn định với tần số và điện áp chính xác như yêu cầu.

Bộ điều khiển MC9001 cho phép người dùng điều chỉnh tần số sóng mang PWM (tham số F0.15) trong khoảng từ 2 kHz đến 16 kHz. Tần số cao hơn giúp động cơ hoạt động êm hơn nhưng làm tăng nhiệt độ trong bộ điều khiển. Tần số thấp hơn giúp giảm nhiệt độ bộ điều khiển nhưng có thể làm tăng nhẹ tiếng ồn của động cơ.

Chúng cũng chuyển mạch chậm hơn, làm tăng nhiệt độ và giảm hiệu suất hoạt động. MINGCH sử dụng các mô-đun IGBT cao cấp cho mỗi bộ biến tần MC9001. Mỗi thiết bị đều trải qua quá trình kiểm tra hoạt động ở tải trọng tối đa tại nhà máy trước khi xuất xưởng. Điều này đảm bảo rằng chỉ những bộ biến tần đã được kiểm định đầy đủ mới đến tay khách hàng. 

Đối với các nhà bán buôn và công ty thương mại, điều này có nghĩa là ít trường hợp trả hàng bảo hành hơn và sự hài lòng của khách hàng cao hơn.

Cách kiểm tra mô-đun IGBT bằng đồng hồ vạn năng

Nếu ổ đĩa bị ngắt do sự cố Lỗi quá dòng (OC) Ngay khi khởi động, hiện tượng ngắn mạch IGBT rất có thể là nguyên nhân. Hãy làm theo các bước sau để kiểm tra an toàn: 

Bước 1 — Tắt nguồn và xả pin:

• Tắt nguồn điện chính và chờ ít nhất 10 phút. 
• Dùng đồng hồ vạn năng để đo điện áp DC giữa hai đầu cực P+ và N− của thanh dẫn. 
• Không được mở vỏ ổ đĩa cho đến khi điện áp giảm xuống dưới 36 V.

Bước 2 — Kiểm tra chế độ điốt:

• Đặt đồng hồ vạn năng ở chế độ kiểm tra điốt. 
• Đặt đầu dò màu đỏ vào cực Thu (C) và đầu dò màu đen vào cực Phát (E). Một IGBT hoạt động bình thường sẽ cho kết quả mạch hở (OL) theo hướng này. 
• Đảo ngược cực đo. Một thiết bị hoạt động bình thường sẽ cho điện áp từ 0,3 đến 0,7 V — điện áp thuận của điốt tích hợp bên trong. 
• Nếu cả hai chiều đều hiển thị giá trị bằng 0, điều đó cho thấy IGBT bị đoản mạch. Cần phải thay thế mô-đun này.

Bước 3 — Kiểm tra chức năng cổng:

• Chạm nhanh pin 9V vào giữa cực Cổng (G) và cực Phát (E), cực dương nối với cực Cổng. Đo điện trở giữa cực góp và cực phát. Điện trở sẽ giảm xuống, cho thấy IGBT đã được bật.
• Tháo pin ra. Điện trở sẽ trở lại mức cao, báo hiệu rằng thiết bị đã TẮT. 
• Thiết bị không phản hồi với điện áp cổng là thiết bị bị lỗi và cần được thay thế.

Các nguyên nhân khác có thể gây ra lỗi quá dòng

Không phải mọi lỗi quá áp đều có nghĩa là IGBT bị hỏng. Luôn kiểm tra những mục này trước tiên. Điện trở cách điện của động cơ phải lớn hơn 1 MΩ ở 500V (kiểm tra bằng thiết bị Megger).

Dây cáp động cơ phải được bọc chống nhiễu đúng cách và có chiều dài nằm trong phạm vi khuyến nghị. Thời gian tăng tốc và giảm tốc có thể được thiết lập quá ngắn so với tải trọng. Các sự cố cơ khí, chẳng hạn như ổ bi bị kẹt, có thể gây ra lỗi quá áp lặp đi lặp lại.

MC9001 lưu trữ 10 sự kiện lỗi gần nhất cùng với dữ liệu hoạt động (tần số, dòng điện, điện áp, nhiệt độ). Hãy xem lại nhật ký lỗi này trước khi thay thế bất kỳ linh kiện nào.

Tại sao bạn nên thay thế các IGBT bị lỗi

Transistor IGBT trong biến tần giống như trái tim của hệ thống. Nó chuyển mạch điện hàng nghìn lần mỗi giây và điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ. Theo thời gian, IGBT có thể bị hao mòn hoặc hỏng. Nếu một IGBT bị hỏng, biến tần có thể ngừng hoạt động, khiến động cơ chạy không chính xác hoặc thậm chí làm hỏng động cơ.

Việc thay thế IGBT bị lỗi một cách nhanh chóng giúp biến tần hoạt động an toàn, khôi phục khả năng điều khiển động cơ mượt mà và ngăn ngừa các sự cố nghiêm trọng hơn. Các linh kiện thay thế chất lượng cao cũng làm giảm khả năng xảy ra lỗi lặp lại và giúp hệ thống hoạt động đáng tin cậy hơn.

MINGCH MC9001: Biến tần VFD đáng tin cậy

Vì sử dụng công nghiệp, MINGCH cung cấp các bộ biến tần VFD chất lượng cao với các mô-đun IGBT mạnh mẽ và bền bỉ. Dòng MC9001 Được thiết kế để điều khiển động cơ chính xác, vận hành ổn định và an toàn. Nó hoạt động tốt trong nhiều ứng dụng, bao gồm quạt, máy bơm, máy đóng gói và dây chuyền sản xuất tự động.

Bộ điều khiển MC9001 hỗ trợ nhiều điện áp đầu vào khác nhau, bao gồm điện một pha 220V, điện ba pha 220V và điện ba pha 380V. Nó có thể cung cấp tần số từ 0 đến 500 Hz, và cao hơn nếu được tùy chỉnh. Bộ điều khiển cũng tích hợp chức năng bảo vệ chống quá áp, thiếu áp, quá dòng, quá tải, quá nhiệt, mất pha và ngắn mạch.

MINGCH Họ kiểm tra từng bộ điều khiển tại nhà máy để đảm bảo chất lượng. Họ cũng cung cấp hỗ trợ kỹ thuật, phụ tùng thay thế và hướng dẫn thay thế mô-đun IGBT một cách an toàn. Điều này giúp việc lắp đặt và bảo trì dễ dàng hơn cho các nhà sửa chữa, nhà tích hợp hệ thống và nhà bán buôn.

Bạn có thể xem toàn bộ các sản phẩm biến tần MINGCH tại đây: Danh mục sản phẩm MINGCH.

Những câu hỏi thường gặp (FAQ)

IGBT trong biến tần là gì?
IGBT là một transistor chuyển mạch nhanh bên trong biến tần VFD. Nó chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) được điều khiển, điều chỉnh tốc độ, mô-men xoắn và hướng quay của động cơ để hoạt động chính xác.

Cơ chế điều chế độ rộng xung (PWM) hoạt động như thế nào trong biến tần?
Công nghệ PWM bật và tắt điện áp DC thông qua các IGBT. Cuộn cảm của động cơ làm mịn các xung này thành dòng điện xoay chiều gần hình sin, điều khiển điện áp và tần số để đạt được tốc độ và mô-men xoắn chính xác.

Làm thế nào để kiểm tra IGBT trong biến tần?
Tắt nguồn bộ điều khiển, xả điện áp DC, và sử dụng đồng hồ vạn năng ở chế độ đo diode. Kiểm tra đáp ứng cực góp-cực phát và cực cổng-cực phát. Kết quả đo bất thường cho thấy IGBT cần được thay thế.

Nguyên nhân nào gây ra lỗi quá dòng trong biến tần?
Các lỗi quá áp có thể do IGBT bị đoản mạch, sự cố cách điện động cơ, cáp quá dài hoặc được che chắn không đúng cách, các vấn đề cơ khí hoặc quá trình tăng/giảm tốc quá nhanh.

Tại sao chất lượng IGBT lại quan trọng?
Các IGBT chất lượng cao có thể chịu được việc chuyển mạch tốc độ cao và ứng suất điện áp lặp đi lặp lại, đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của biến tần. Các thiết bị chất lượng thấp sẽ hỏng khi có dòng khởi động hoặc khi phanh gấp, làm giảm tuổi thọ của biến tần.

Tôi có thể tích hợp biến tần (VFD) với PLC được không?
Đúng vậy. Điều khiển kỹ thuật số/tương tự có dây phù hợp với các biến tần đơn, trong khi Modbus RTU cho phép một PLC quản lý nhiều biến tần. Việc đấu dây và cài đặt đúng cách sẽ bảo vệ các IGBT.

Tần số sóng mang PWM điển hình cho các ứng dụng công nghiệp là bao nhiêu?
Tần số PWM từ 4–6 kHz giúp cân bằng giữa hoạt động êm ái của động cơ và nhiệt độ của bộ điều khiển. Tần số cao hơn giúp chuyển động mượt mà hơn nhưng làm tăng nhiệt độ; tần số thấp hơn giúp giảm nhiệt độ nhưng làm tăng nhẹ tiếng ồn của động cơ.