變頻器驅(qū)動(dòng)電路故障及其檢修

龔鑫凱

摘要

變頻器在提升生產(chǎn)效率和增強(qiáng)節(jié)能降耗中發(fā)揮了重要作用。隨著變頻器的廣泛應(yīng)用，故障問題也越來越多，特別是驅(qū)動(dòng)電路故障，對(duì)工程技術(shù)人員提出了更多考驗(yàn)。本文將著重結(jié)合變頻器驅(qū)動(dòng)電路故障及檢修方法展開探析。

【關(guān)鍵詞】變頻器 驅(qū)動(dòng)電路 故障檢修

變頻器主要由整流橋、直流電路、逆變橋、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路等部分組成，驅(qū)動(dòng)電路往往關(guān)系到整個(gè)變頻器的安全、穩(wěn)定、有效使用。技術(shù)上的進(jìn)步，讓驅(qū)動(dòng)電路也逐漸實(shí)現(xiàn)集成化、厚膜化，但驅(qū)動(dòng)電路故障在變頻器使用中問題較多，如果未能給予準(zhǔn)確檢修，還可能帶來逆變模塊受損。因此，探析驅(qū)動(dòng)電路常見故障，并提出有效的檢修方法就顯得尤為重要。

1變頻器驅(qū)動(dòng)電路的檢修方法

變頻器驅(qū)動(dòng)電路主要是由主控電路的CPU發(fā)出的6個(gè)PWM信號(hào)，經(jīng)光電隔離、放大后作為逆變模塊的驅(qū)動(dòng)開關(guān)信號(hào)。根據(jù)不同變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域，驅(qū)動(dòng)電路中的開關(guān)器件也有所不同。不過，一些廠商開發(fā)的多種專用驅(qū)動(dòng)模塊，為驅(qū)動(dòng)電路損壞維修提供了方便。如圖1所示常見的驅(qū)動(dòng)電路工作示意圖。

結(jié)合圖1所示的驅(qū)動(dòng)電路工作示意圖，針對(duì)常見故障，多是U、V、W三相無輸出或輸出不平衡，甚至出現(xiàn)一點(diǎn)低頻波動(dòng)或報(bào)警。在故障維修實(shí)踐中，如果某變頻器出現(xiàn)快熔斷路，或者IGBT逆變模塊損壞，則基本可以確定逆變器的驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)了故障，如果直接更換快熔，或者IGBT逆變模塊，則很容易再次發(fā)生損壞。因此，在遇到上述問題時(shí)，要首先檢查驅(qū)動(dòng)電路是否正常，是否存在擊穿或打火痕跡，同時(shí)，將IGBT逆變模塊驅(qū)動(dòng)連線拔掉，對(duì)六路電阻阻值進(jìn)行測(cè)量。在實(shí)踐測(cè)量中，不同變頻器的驅(qū)動(dòng)電路可能不是六路，比如富士變頻器。結(jié)合測(cè)量結(jié)果，如果六路阻值基本相同，也不能排除驅(qū)動(dòng)電路完好，還需要通過示波器來測(cè)量六路電壓變化；當(dāng)然，如果沒有示波器，也可以數(shù)字萬用表進(jìn)行測(cè)量。通常情況下，驅(qū)動(dòng)電路未啟動(dòng)時(shí)的直流電壓約為10V，啟動(dòng)后的直流電壓約為2?3V。如果上述檢測(cè)結(jié)果正常，則基本可以判定該驅(qū)動(dòng)電路是完好的。另外，針對(duì)IGBT逆變模塊的保護(hù)，可以采用P+端斷開，連接一串燈泡，來防范驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)電流過大時(shí)，可能對(duì)逆變模塊帶來的燒毀風(fēng)險(xiǎn)。

2變頻器驅(qū)動(dòng)電源供電穩(wěn)定性故障檢測(cè)與維修實(shí)例

在小功率變頻器驅(qū)動(dòng)電路故障檢修中，曾遇到頻率上升到20Hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異常聲音，并伴有抖動(dòng)，出現(xiàn)“OC”后停機(jī)。首先針對(duì)該現(xiàn)象，利用萬用表進(jìn)行輸出端測(cè)量，存在波動(dòng)現(xiàn)象，初步判斷IGBT逆變模塊可能出現(xiàn)導(dǎo)通不良問題。分析該驅(qū)動(dòng)電路的工作模式，當(dāng)斷開W線上OC報(bào)警信號(hào)時(shí)，空載狀態(tài)不再出現(xiàn)“OC”故障；而對(duì)上臂驅(qū)動(dòng)模塊A316J進(jìn)行更換后依然出現(xiàn)故障；接著，對(duì)上臂IGBT管子進(jìn)行檢測(cè)，故障區(qū)域大概鎖定于A316J外圍電路。試將拆掉A316J供電電源的濾波電容，并用萬用表來測(cè)量，發(fā)現(xiàn)僅有幾微法；同樣對(duì)其他驅(qū)動(dòng)電路的供電電源電容進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)容量值均失效。說明逆變模塊的故障與濾波電容失效有關(guān)。

對(duì)該故障的心得體會(huì)如下：由于變頻器本身驅(qū)動(dòng)電源的負(fù)載能力與濾波電容關(guān)系緊密，一旦出現(xiàn)電容失效，可能帶來電源電流降低運(yùn)行，在低速空載條件下可能“穩(wěn)定運(yùn)行”，但當(dāng)頻率上升，驅(qū)動(dòng)能力下降而無法實(shí)現(xiàn)IGBT良性導(dǎo)通，從而出現(xiàn)三相輸出不平衡，嚴(yán)重者出現(xiàn)“OC”信號(hào)且停機(jī)現(xiàn)象。另外，針對(duì)逆變模塊驅(qū)動(dòng)電壓的異常，如果僅僅造成IGBT管子欠激勵(lì)，則出現(xiàn)“OC”信號(hào)而停機(jī)，一旦出現(xiàn)負(fù)向電壓，則可能帶來IGBT管子管短負(fù)電壓不足，造成開通后不能有效關(guān)斷，使得某相上下臂出現(xiàn)短路，嚴(yán)重者將導(dǎo)致逆變模塊爆裂。逆變模塊的損壞，與關(guān)斷負(fù)電壓有直接關(guān)系，因驅(qū)動(dòng)電源電容失效，導(dǎo)致故障；如果直流回路儲(chǔ)能電容失效，則容易造成諧波干擾，也會(huì)影響IGBT正常運(yùn)行。因此，在逆變模塊故障損壞檢測(cè)中，不能僅僅檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電源濾波電容，還要結(jié)合不同功率下的機(jī)型特點(diǎn)，對(duì)相關(guān)元件的正常電流值進(jìn)行測(cè)量。在該故障中，由于A316J本身性能優(yōu)良，從其反饋的“OC”信號(hào)，可以對(duì)逆變模塊給予有效保護(hù)。CPU在與A316J進(jìn)行正常導(dǎo)通時(shí)，會(huì)通過腳14、腳16與IGBT管子形成閉合環(huán)路，而當(dāng)IGBT管壓降超過7V，則會(huì)啟動(dòng)腳6（Fault故障信號(hào)），并發(fā)出“OC”報(bào)警，實(shí)施停機(jī)保護(hù)。如果故障解除，CPU利用RESET復(fù)位信號(hào)，來解除A316J的封鎖，重新進(jìn)入正常狀態(tài)?？紤]到A316J在故障狀態(tài)下出現(xiàn)的“0C”信號(hào)，大致可以歸納為三點(diǎn)：一是負(fù)載異常導(dǎo)致電流偏大，使得IGBT管壓降超過7V；二是IGBT逆變模塊存在開路性損壞；三是驅(qū)動(dòng)電路異常，導(dǎo)致IGBT欠激勵(lì)，使得輸出電流值偏小，處于微導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)。因此，針對(duì)該類問題在檢修時(shí)，需要通過檢測(cè)來判斷A316J及脈沖回路的穩(wěn)定性，并通過檢測(cè)來判斷IGBT逆變模塊的供電穩(wěn)定性。可以通過對(duì)腳14外接電阻，或者與二極管串聯(lián)，利用腳16來解除“OC”報(bào)警，再檢測(cè)A316J的輸入、輸出電壓是否正常。

3變頻器三相輸出不平衡故障檢測(cè)與維修

在變頻器驅(qū)動(dòng)電路檢修中，某日立變頻器在啟動(dòng)后出現(xiàn)“吱吱”聲，頻率上升則噪音更加尖銳，之后變頻器發(fā)生故障報(bào)警，出現(xiàn)“OCACCEL”。該變頻器在開機(jī)升速時(shí)出現(xiàn)高電流，于是降低加速時(shí)間，調(diào)整為30s，但依然出現(xiàn)上述故障。按照變頻器的工作原理，空載下加速延遲不應(yīng)該產(chǎn)生電流增大。拔掉GTR驅(qū)動(dòng)信號(hào)線，各線路信號(hào)、相位正常；但考慮到該變頻器曾維修過，懷疑主電路走線不合理可能導(dǎo)致干擾電流。但修理后走線位置，故障依然存在；對(duì)電容器漏電可能造成高電流，而檢測(cè)電容器后未發(fā)現(xiàn)異常。通過全面檢測(cè)，將問題歸結(jié)于驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)拔掉GTR模塊時(shí)，未出現(xiàn)電流保護(hù)，而接上GTR模塊，則出現(xiàn)電流保護(hù)。故障原因可能有兩個(gè)：一個(gè)是驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)力衰退；第二個(gè)是電容器失效導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電源不穩(wěn)定。在三相輸出故障檢測(cè)中，先接一相，輸出正常，而其他兩相均發(fā)生保護(hù)動(dòng)作，最終鎖定故障原因?yàn)槿萘枯^小的電容器，因該電容容量不足，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)信號(hào)異常，更換后恢復(fù)正常。endprint