变频器的温升及其试验方法探讨

所允许的最高结温，在该温度下，必须要做散热设计。为了进行散热设计，首先要计算出器件产生的损耗，该损耗使结温升至允许值以下来选择散热片。在进行热设计时，不仅要保证其在正常工作时能够充分散热，而且还要保证其在发生短时过载时，igbt的结温也不超过tjmax。按下列公式可计算出相关数值：

tj=tc+pt×rth(j-c)

其中：rth可以在数据手册中查到，rth(j-c)为标定的结壳热阻，tj为半导体结温，pt为器件的总平均功耗(psw+pss)，tc为模块的基板温度。

设计中还要参照其它各部位温升允许值以及其它的要求，如变频器的效率、防护等级、电流密度等以此来设计散热器的体积、风机的容量及母排尺寸等结构上的设计。当然不能忽略其它元器件选型的重要性。

当然，受设备的体积和重量等的限制以及性价比的考虑，散热系统也不可能无限制地扩大。可在靠近igbt处加装温度继电器、热敏电阻等，检测igbt的工作温度。控制执行机构在发生异常时切断igbt的输入，保护其安全。普传科技研发的变频器具有特有的逆变模块(igbt)温升监控功能，风扇调节可控，适时降低电机噪音和温升。

实践中，将igbt安装固定在散热器上时应注意以下事项 ：

--由于热阻随igbt安装位置的不同而不同，因此，若在散热器上仅安装一个igbt时，应将其安装在正中间，以便使得热阻最小；当要安装多个igbt时，应根据每个igbt的发热情况留出相应的空间；

(1)使用带纹路的散热器时，应将igbt较宽的方向顺着散热器的纹路，以减少散热器的变形；
(2)散热器的安装表面光洁度应≤10μm，如果散热器的表面不平，将大大增加散热器与器件的接触热阻，甚至在igbt的管芯和管壳之间的衬底上产生很大的张力，损坏igbt的绝缘层；
(3)为了减少接触热阻，最好在散热器与igbt模块间涂抹导热硅脂。

4 变频器的温升试验

4.1 试验依据

2002年制定的国家标准gb/t12668.2-2002《调速电气传动系统第二部分：一般要求-低压交流变频电气传动系统额定值的规定》给出了低压变频器一般额定值规定，在7.3.2"cdm/bdm的标准试验"中对于温升的"试验方法"按《半导体变流器基本要求的规定》gb/t3859.1-1993的6.4.6规定执行。在7.4.2.5"电气传动系统"的专门试验中提到温升试验"在要求的最大负载下，以最低转速、基本转速和最大转速进行温升试验。温升试验进行到所有温度都稳定为止"。

在gb/t3859.1-1993的"检验与实验"中6.4.6"温升试验"中给出了具体要求：温升试验的目的在于测定变流器在额定条件下运行时各部件的温升是否超过规定的极限温升。半导体器件的温升极限可以是规定点(例如外壳)的最高温升，也可以是等效结温，由制造厂决定。变流器各部位的极限温升如表1所示。

在送审的《调速电气传动系统第5-1部分：安全要求：电气、热和能量》(gb12668.5.1)标准中，给出了"防触电、热和能量危险的保护"的规定"当按照设备的额定值进行试验时，设备及其组成部分所达到的温度应当不超过表15中给出的温度"。对"橡胶绝缘导线或热塑绝缘导线、用户端子、母线和连接片或接线柱、绝缘系统、电容器、印制线路板"等"内部材料和部件的最大测量温度"做出了说明。

4.2 试验方法与设备的选择

试验中根据试验条件可选择不同的试验方法。

4.2.1 等效法温升试验

采用可调电阻、可调电抗器构成的模拟负载，由于不宜调节，功耗大等缺点则很少采用，如图2所示。

4.2.2 模拟法温升试验

通常采用模拟法(机组试验设备)进行温升及其它试验，如图3所示。

图注：d：电动机；f：直流发电机；a1：输入电流表；a2：输出电流表；a3：直流发电机输出电流表；v1：输入电压表；v2：输出电压表；v3：直流发电机输出电压表。

采用模拟法就是电动机为变频器的负载并通过连接轴驱动直流发电机，三相交流逆变装置将直流发电机发出的电能回馈给电网。通过调节直流发电机的励磁改变变频器负荷的大小，整个试验过程操作简单使用方便，损耗的能量最小。这种方法不适于矢量变频器零转速及低转速的试验，因为直流电压过低时会逆变失败。另外逆变器为非正弦波时会对电网有谐波干扰。对机组试验设备有如下要求：电动机与直流发电机同轴连接组成发电机组；电动机的额定电压及容量要与变频器匹配；直流发电机的容量不低于电动机容量的110%。

4.2.3 电机对拖电能回馈法温升试验

采用电机对拖交流电能回馈法，试验主电路示意图如图4所示。本方法是采用两台同功率的三相异步电机同轴连接。陪试机通过工频启动后，变频器利用速度追踪功能驱动电机跟随陪试机，变频器输出频率略高于工频，陪试机处于发电状态，消耗电能回馈电网。

普传科技采用此