變頻器驅動電路故障及其檢修

龔鑫凱

摘要

變頻器在提升生產效率和增強節能降耗中發揮了重要作用。隨著變頻器的廣泛應用，故障問題也越來越多，特別是驅動電路故障，對工程技術人員提出了更多考驗。本文將著重結合變頻器驅動電路故障及檢修方法展開探析。

【關鍵詞】變頻器 驅動電路 故障檢修

變頻器主要由整流橋、直流電路、逆變橋、控制電路、驅動電路等部分組成，驅動電路往往關系到整個變頻器的安全、穩定、有效使用。技術上的進步，讓驅動電路也逐漸實現集成化、厚膜化，但驅動電路故障在變頻器使用中問題較多，如果未能給予準確檢修，還可能帶來逆變模塊受損。因此，探析驅動電路常見故障，并提出有效的檢修方法就顯得尤為重要。

1變頻器驅動電路的檢修方法

變頻器驅動電路主要是由主控電路的CPU發出的6個PWM信號，經光電隔離、放大后作為逆變模塊的驅動開關信號。根據不同變頻器的應用領域，驅動電路中的開關器件也有所不同。不過，一些廠商開發的多種專用驅動模塊，為驅動電路損壞維修提供了方便。如圖1所示常見的驅動電路工作示意圖。

結合圖1所示的驅動電路工作示意圖，針對常見故障，多是U、V、W三相無輸出或輸出不平衡，甚至出現一點低頻波動或報警。在故障維修實踐中，如果某變頻器出現快熔斷路，或者IGBT逆變模塊損壞，則基本可以確定逆變器的驅動電路出現了故障，如果直接更換快熔，或者IGBT逆變模塊，則很容易再次發生損壞。因此，在遇到上述問題時，要首先檢查驅動電路是否正常，是否存在擊穿或打火痕跡，同時，將IGBT逆變模塊驅動連線拔掉，對六路電阻阻值進行測量。在實踐測量中，不同變頻器的驅動電路可能不是六路，比如富士變頻器。結合測量結果，如果六路阻值基本相同，也不能排除驅動電路完好，還需要通過示波器來測量六路電壓變化；當然，如果沒有示波器，也可以數字萬用表進行測量。通常情況下，驅動電路未啟動時的直流電壓約為10V，啟動后的直流電壓約為2?3V。如果上述檢測結果正常，則基本可以判定該驅動電路是完好的。另外，針對IGBT逆變模塊的保護，可以采用P+端斷開，連接一串燈泡，來防范驅動電路出現電流過大時，可能對逆變模塊帶來的燒毀風險。

2變頻器驅動電源供電穩定性故障檢測與維修實例

在小功率變頻器驅動電路故障檢修中，曾遇到頻率上升到20Hz時，電動機出現異常聲音，并伴有抖動，出現“OC”后停機。首先針對該現象，利用萬用表進行輸出端測量，存在波動現象，初步判斷IGBT逆變模塊可能出現導通不良問題。分析該驅動電路的工作模式，當斷開W線上OC報警信號時，空載狀態不再出現“OC”故障；而對上臂驅動模塊A316J進行更換后依然出現故障；接著，對上臂IGBT管子進行檢測，故障區域大概鎖定于A316J外圍電路。試將拆掉A316J供電電源的濾波電容，并用萬用表來測量，發現僅有幾微法；同樣對其他驅動電路的供電電源電容進行測量，發現容量值均失效。說明逆變模塊的故障與濾波電容失效有關。

對該故障的心得體會如下：由于變頻器本身驅動電源的負載能力與濾波電容關系緊密，一旦出現電容失效，可能帶來電源電流降低運行，在低速空載條件下可能“穩定運行”，但當頻率上升，驅動能力下降而無法實現IGBT良性導通，從而出現三相輸出不平衡，嚴重者出現“OC”信號且停機現象。另外，針對逆變模塊驅動電壓的異常，如果僅僅造成IGBT管子欠激勵，則出現“OC”信號而停機，一旦出現負向電壓，則可能帶來IGBT管子管短負電壓不足，造成開通后不能有效關斷，使得某相上下臂出現短路，嚴重者將導致逆變模塊爆裂。逆變模塊的損壞，與關斷負電壓有直接關系，因驅動電源電容失效，導致故障；如果直流回路儲能電容失效，則容易造成諧波干擾，也會影響IGBT正常運行。因此，在逆變模塊故障損壞檢測中，不能僅僅檢測驅動電源濾波電容，還要結合不同功率下的機型特點，對相關元件的正常電流值進行測量。在該故障中，由于A316J本身性能優良，從其反饋的“OC”信號，可以對逆變模塊給予有效保護。CPU在與A316J進行正常導通時，會通過腳14、腳16與IGBT管子形成閉合環路，而當IGBT管壓降超過7V，則會啟動腳6（Fault故障信號），并發出“OC”報警，實施停機保護。如果故障解除，CPU利用RESET復位信號，來解除A316J的封鎖，重新進入正常狀態。考慮到A316J在故障狀態下出現的“0C”信號，大致可以歸納為三點：一是負載異常導致電流偏大，使得IGBT管壓降超過7V；二是IGBT逆變模塊存在開路性損壞；三是驅動電路異常，導致IGBT欠激勵，使得輸出電流值偏小，處于微導通或關斷狀態。因此，針對該類問題在檢修時，需要通過檢測來判斷A316J及脈沖回路的穩定性，并通過檢測來判斷IGBT逆變模塊的供電穩定性。可以通過對腳14外接電阻，或者與二極管串聯，利用腳16來解除“OC”報警，再檢測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與維修

在變頻器驅動電路檢修中，某日立變頻器在啟動后出現“吱吱”聲，頻率上升則噪音更加尖銳，之后變頻器發生故障報警，出現“OCACCEL”。該變頻器在開機升速時出現高電流，于是降低加速時間，調整為30s，但依然出現上述故障。按照變頻器的工作原理，空載下加速延遲不應該產生電流增大。拔掉GTR驅動信號線，各線路信號、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致干擾電流。但修理后走線位置，故障依然存在；對電容器漏電可能造成高電流，而檢測電容器后未發現異常。通過全面檢測，將問題歸結于驅動電路。當拔掉GTR模塊時，未出現電流保護，而接上GTR模塊，則出現電流保護。故障原因可能有兩個：一個是驅動模塊驅動力衰退；第二個是電容器失效導致驅動電源不穩定。在三相輸出故障檢測中，先接一相，輸出正常，而其他兩相均發生保護動作，最終鎖定故障原因為容量較小的電容器，因該電容容量不足，導致驅動信號異常，更換后恢復正常。endprint