变频器的温升及其试验方法探讨

　　1 引言

　　随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用、控制技术的发展、电机传动技术的发展和国家节能减排的需要，变频技术产品在国民经济各行业得到很好应用，资料显示，2010年低压变频器行业增长30%以上，规模达到160亿元。一个品质良好的变频器都应该通过产品质量认证及其完整的试验，试验类型包括型式试验(typetest)、出厂试验、抽样试验、选择(专门)试验、验收试验、现场调试试验等。温升试验是型式试验里的很重要的一项试验，其温升值可间接反映出变频器的工艺结构及电气设计水平、多种缺陷及故障隐患等。温升的上限值过高会造成因过载、过流、环境温度增加而烧毁变频器。温升的上限值过低会带来变频器的体积过大、成本增加等不利因素。变频器的故障率随温度升高而成指数上升，使用寿命随温度升高而成指数下降，环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。所以应保证变频器的使用温度，认真考虑其散热问题。

　　2 变频器的主要发热部位及成因

　　变频器主电路原理图如图1所示，一般分为整流部分、滤波部分和逆变部分及控制部分。

　　2.1变频器的发热机理及主要发热部位

　　变频器的主要发热部位也就是整流及逆变部分。整流一般采用三相桥式整流电路，由于是工频工作，对整流模块的开关频率没有太高的要求，选择压降小的整流模块可降低这一部分的温升。在变频器工作时，作为完成功率变换及输出的执行器件，逆变模块产生的热量是非常大的。

　　目前主流变频器的逆变模块一般采用igbt模块(insulated gate bipolartransistor绝缘栅双极型晶体管)，igbt是由mosfet和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为mosfet，输出极为pnp晶体管，因此，可以把其看作是mos输入的达林顿管。它融和了这两种器件的优点，既具有mosfet器件驱动简单和快速的优点，又具有双极型器件容量大的优点，igbt作为电压型控制器件，具有输入阻抗高、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快、工作频率高、功率容量大等优点，

　　因而在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。一般情况下流过igbt电流较大，开关频率较高，故而器件的损耗也比较大，如果热量不能及时散掉，使得器件的结温tj超过tjmax，则igbt可能损坏。igbt模块的芯片最大额定结温tjmax是150℃，在任何工作条件下，都不允许超过，否则要发生热击穿而造成损坏，一般要留余地，在最恶劣条件下，结温tj限定在125℃以下，但芯片内结温监测有难度，所以变频器的igbt模块，都在散热器表面装有温控开关，其值在80~85℃之间。当达到此温度时，即因过热保护动作，从而自动停机，以确保igbt的安全。也有用热敏电阻进行保护的。igbt的损耗不仅与工作电流大小有关，更重要的是与变频器的载波频率密切相关。当pwm信号频率>5khz时开关损耗会非常显著，温升会明显增加。igbt的功耗包括稳态功耗和动态功耗，其动态功耗又包括开通功耗和关断功耗。