变频器逆变模块损坏原因分析

变频器逆变模块损坏原因 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 变频节能及软起动系统 变频器逆变模块损坏原因分析 王功胜 (佳惠机电设备维修中心,汾阳032200) 变频器逆变输出模块IGBT集双极型功率晶体管 和功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)的优点 于一体,具有电压控制,输入阻抗大,驱动功率小,控制 电路简单,开关损耗小,通断速度快和工作频率高等优 点.但逆变模块非常脆弱,一不小心就会过压,过流损 坏. 1变频器本身电路不良 1.1驱动电路不良 由驱动电路的供电方式可知,一般由正,负两个 电源供电.+15V电源提供IGBT管子的激励电压,使其开 通.,5V电源提供IGBT管子的截止电压,使其可靠和快 速地截止,防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误 导通.栅极正向驱动电压的大小将对电路性能产生重 要影响,必须正确选择.当正向驱动电压增大时,IGBT 的导通电阻下降,使开通损耗减小.但正向驱动电压过 大则可能使IGBT出现擎住效应(栅极失去对集电极电 流的控制作用),导致门控失效,从而造成IGBT的损坏; 正向驱动电压过小会使IGBT退出饱和导通区而进入线 性放大区域,使IGBT过热损坏.所以,驱动电路应提供 足够的电压和电流幅值,使IGBT在正常工作及过载情 况下不致退出饱和导通区而损坏. 上面只是对驱动电路进行了原理性分析.变频器 实际应用电路中,完善的检测与保护电路使得变频器 可靠性得到了很大提高,会出现下面的情况. 当+15V电压不足或丢失时,相应的IGBT管子不能 正常开通.若驱动电路的模块故障检测电路也能检测 IGBT管子时,则变频器一有投入运行信号,即可由模块 故障检测电路报出OC信号(输出侧有异常突增的过电 流产出),变频器实施保护停机动作,对模块几乎无危 害性. 而如果一5V截止负压不足或丢失(如同三相整流 桥一样,可先把逆变输出电路看成一个逆变桥,则由 IGBT管子组成了3个上桥臂和3个下桥臂,如u相上桥臂 和u相下桥臂的IGBT管子),当任一相的上(下)桥臂受 作者简介:王功胜(1966一),高级工程师,主要从事自动化方面 的应用与维修工作. 收稿日期:2009—08.28 36WWW.auto—apply.comi自动化应用 激励而开通时,相应的下(上)桥臂IGBT管子则因截止 负压的丢失,不能可靠截止,形成由IGBT管子的集.栅 结电容对栅一射结电容的充电,导致管子的误导通.由 于逆变模块属电力大电流器件,两管共通对直流电源 形成了短路,相关电路也会因此而受损,如图1所示. P( 1\V1 \\v|UD卜- I \V4 ,]v6|I N(一) UV a逆变桥等效电路b输出电压波形 图1变频器逆变电路导通示意图 截止负压丢失的原因可能是:驱动Ic损坏;驱动Ic 后级的功率推动级(通常由两级互补式电压跟随功率 放大器组成)的下管损坏;触发端子引线连接不良;驱 动电路的负供电支路不良或电源滤波电容失效.一旦 出现上述现象之一,必将对模块形成致命的打击. 1.2脉冲传递通路不良 由CPU输出的6路PWM逆变脉冲,常经六反相(同 相)缓冲器,再送入驱动Ic的输入脚,RcPu到驱动Ic, 再到逆变模块的触发端子,6路信号中如果有一路中 断,会产生以下现象: (1)变频器有可能报出OC故障.逆变桥的下三桥 臂IGBT管子,导通时的管压降是经模块故障检测电路 检测处理的,而上三桥臂的IGBT管子,在小部分变频器 中,有管压降检测,大部分变频器中,是省去了管压降 检测电路的.当IGBT管子恰好是有管压降检测电路的, 则丢失激励脉冲后,检测电路会报出OC故障,变频器 停机保护,这时对逆变模块没有大的危害. (2)变频器有可能出现偏相运行.丢失激励脉冲 的该路IGBT管子,正是没有管压降检测电路的管子,只 有截止负压存在,能使其可靠截止.该相桥臂只有半波 输出,导致变频器偏相运行,其后果是电机绕组中产生 了直流成分,也形成较大的浪涌电流,从而造成模块受 冲击而损坏. 若此路脉冲传递通路一直是断的,即使模块故障 电路不能起到作用,但互感器等电流检测电路能起到 作用,也是能起到保护作用的.但就怕这种传递通路因 接触不良等故障原因,时通时断,甚至有随机性开断现 象,电流检测电路来不及反应,而使变频器造成"断续 偏相"输出,形成较大冲击电流而损坏模块. 而电机在此输出状态下会"跳动着"运行,发出"咯 楞咯楞"的声音,发热量与损耗大幅度上升,很容易损 坏. (3)电流检测电路和模块温度检测电路失效或故 障,对模块起不到有效的过流和过热保护作用,因而造 成了模块的损坏. 在不接通触发回路,触发引入电阻开路损坏或逆 变输出模块触发端子一臂悬空的情况下,运转信号的 莽撞投入,会导致逆变模块瞬间损坏. 起动状态下严禁将某一触发输入端开路,否则将 造成模块损坏的严重后果.修理过程中,通电试验前, 一 定要检查触发端子引线是否连接牢靠.对通电起动即损坏逆变模块的故障,要彻查模块驱动电路. 从故障现象来看,逆变模块为短路性击穿炸裂损 坏,短路的原因属过流性损坏.逆变电路正常工作时, 由6路触发脉冲控制6只IGBT管子按一定次序通断,将 直流电源转变成三相交变电压输出.每相输出由上下 2只管子轮流导通与截止,形成该相的正半波和负半 波.两管交接时存在一定的时间间隔,又称一定的死区 时间,也即是在任一时间段内,不允许出现两管同时导 通的局面.上下两管的同时导通,必定导致对电源的短 ,其后果是逆变模块的炸裂损坏.这种损坏与外接负 路 载没有直接关系,即使是空载也会照常损坏. 如果上管的触发端悬空,管子截止所需的负偏压 为0,当下管受触发导通时,相当于将上管的射极瞬时 短接到地,此时上管产生了一个经由电源正极向集电 极一栅极之间形成的电容,栅极和射极之间的输入电容 的充电电流,触发引入电阻未开路时,此充电电流为足 够大的负偏压所吸收,不能触通上管.但此时由于负偏 压的消失,此充电电流形成了正向栅偏压,其值足以使 上管导通,上,下两管的共通造成了电源的直接短路, 就会发出"啪啪"的炸裂声.同理,当下管的触发引入电 阻断路时,上管的导通相当于在下管的集电极引入了 高电压,也会瞬时产生一个经由集电极向集一栅电容, 栅一射电容充电的充电电流,触发电阻未开路时,此充 电电流为足够大的负偏压所吸收,不有能触通下管.但 变频节能及软起动系统 此时由于负偏压的消失,此充电电流形成了下管的正 向栅偏压,同样形成了两管共通将直流电源短路的局 面. 直流回路储能滤波电容的失效,是造成逆变模块 损坏的重要原因.而逆变模块触发端子的悬空,对逆变 模块的危害更大.两者的不同之处:前者为电容失效, 直流回路的谐波使逆变模块造成过压性击穿损坏,后 者为管子的截止负偏压消失而造成两管共通对电源 形成的过流性短路损坏;前者的损坏尚有一个渐变过 程,在起动或运行过程中损坏,如果很轻的负载或者空 载,不会导致损坏,而后者简直就是无过程损坏, 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现 为一接受到起动信号,无论是带载或空载,逆变模块都 会瞬时坏掉. 2选用低端器件,电路设计不完善 质量低劣,粗制滥造,使得变频器故障保护电路 的故障率上升,逆变模块因得不到保护电路的有效保 护,损坏的机率上升. 逆变模块的容量选取,一般应达到额定电流的2.5 倍以上,才有长期安全运行的保障.这是因为变频器要 运行于各种复杂的环境,所接负载也千变万化.如 30kW变频器,额定电流为60A,模块应选用150~200A的, 用100A的则偏小. 3检修注意事项 断掉逆变模块的供电电源,用灯泡或大功率电阻 (10k~2,40W)或两灯泡(22ov,15w)串联将储能电容放电, 表笔或探头要采取防滑 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ,可用自行车气门芯套在 笔头上. (1)测量驱动集成电路的输入,输出侧的直流静态 电压,为正常状态. (2)测量6路驱动的输出脉冲波形,边调整频率边 观察,应幅度相等,频率一致,若六相输出触发脉冲全 都正常,可焊接逆变模块. (3)先将逆变模块的供电改接低直流电压,如开关 电源供给的+24V电压,做启停试验,检测三相输出的平 衡情况,及有无直流成份.如驱动电路有异常,故障便 已经暴露出来.加入24V开关电源不会损坏模块,若异 常,往往存在有一臂无触发脉冲,或触发脉冲异常.这 一 环节的检测至为重要,故障隐患往往都会暴露出来. (4)无低压直流电压条件的,可在逆变供电回路中 串接15,40W的灯泡,再接人逆变模块,空载送电试验, 测输出三相平衡,无问题,最后接入原直流供电.此过 程中,模块若存在故障隐患,将会进一步暴露出来.接 假负载目的同检修彩电时所接假负载一样,都是为了 自动化应用20102期37 变频节能及软起动系统 起到保护作用. 检测空载输出正常后,去掉串接灯泡,恢复逆变 模块的供电.再检查触发端子的连接线和螺丝紧固情 况. (5)有些变频器,接假负载很麻烦或者接假负载会 报警的,可以给主电路上一个DC低电压(~I:IDC24V),给 控制电路上一个DC560高压(用调压器慢慢调高),启动 变频器,测输出电压是否平衡,如果没问题,则撒了DC 电压.然后上380V交流电,带电机试机,电机声正常,面 板显示电流正常,那么这台变频器基本无大碍. (6)整机装配,带电机试验. 检修完成到现场安装运行时,一定要落实上次 的损坏原因.根据现场的电气,机械和温度等环境, 调整相关参数,或增设附件.对于饮料啤酒厂,考虑 环境是否潮湿;对于纺织厂要考虑灰尘;对于电梯用 变频器,由于位于最高层,要考虑温度是否过高,特 别是夏季.如现场有电容补偿柜,变频器安装较为密 集,电源污染较为严重,电源谐波大,可在电源输入 侧加装三相电抗器,以避免短时间内再度损坏;如发 现负载惯性大,而又必须做到快速停车,变频器易出 现过电压损坏,则应要求用户加装刹车单元和刹车 电阻后,再投运. 4检修实例 接修一台PI一18型1lkW普传牌变频器,该机上电开 机,显示正常,空载按起动键,跳过流OC保护停机. 测量主回路输入端子R,S,T和输出端子u,V,w无 短路等异常现象,尤其将逆变模块其它引脚各测了一 遍,确认可以送电检测. 主电路没有发现异常.首先检查电流互感器输入处 理电路,为四运放集成电路LM324.人为改变其输入,输 出状态,使其报警信号消失,但cpu~1]对检测电路的变化 不理不睬,看来OC信号不是由电流检测电路输出的. 过流OC信号看起来还是由逆变模块反馈回来的, 检查模块就要先检测驱动电路,包括该电路4路电源的 滤波电容,也做了容量检查,无异常. 该机器驱动电路采用了3块集成电路,分别为 A4504,MC33153和P521,A4504为CPU输入触发脉冲与主 电路的隔离光耦,MC33153为模块驱动,光耦P521作用 是将逆变模块异常情况反馈至CPU,以达到快速停机 保护的目的.通电中,无论是待机或启动状态,将6路 P521的任一路输出端短接一下,变频器均跳oc保护停 机,保护电路恪守职责,非常灵敏.据此分析,空载下的 起动即跳0c,很可能是由这6路光耦将信号馈回CPU 38wf.auto—apply.com自动化应用 的.停电后用万用表细致检测,查不出异常. 检测电路和驱动电路都没有问题,那就只能从模 块人手了,经判断为逆变输出模块SKM75GD124D已经 不良或损坏,至此只有更换模块试验了. 购得一块相同型号的拆机品,焊接后先将模块的 直流供电脱开,操作面板按钮起动后,面板显示频率正 常输出,测6路驱动输出的直流电压,模块触发端未起 动运行时为0V,起动后7.6V左右,皆为正常.又用示波器 测6路触发脉冲幅度与变化也都正常,判断驱动电路及 连接线都准确无误. 考虑到模块价格不菲,还是不敢轻易接入直流母 线,先接人DC24V开关电源,试起动,变频器显示频率正 常,Nu,V,W输出电压,50HzH~电压仅为13V,且输出幅 度有周期性收缩现象,但尚能"正常触发与运行".又接 入了200V左右的直流电源,一送电,还是跳oC.模块可 能还是有问题.于是换用一个确认是好的模块,接人 24V开关电源,再Nu,V,W输出电压,50Hzl~,j电压值已 上升到17.8V,且输出幅度恒定,电压输出幅度无收缩现 象.然后进行装机试运行,故障排除. 先前所用的拆机品模块,内部IGBT管子虽未直接 击穿,但已不良受损,存在较大的漏电流,接入24V供电 时,虽使输出跌落至13V,还不至于引起故障保护动作, 但一接入200V以上直流电源,其漏电流已达到一定值, 于是导致故障动作. 5维修经验与体会 (1)模块的损坏不只是主电路端子的短路或开路, 还可能有触发端子与主端子之间的短路,触发端子之 间短路,触发端子内部开路等.测量主端子无短路,并 不能证实模块没有损坏. (2)假定主端子,触发端子测量都无问题,也不能 彻底证实模块没有损坏,模块尚存在漏电,性能变劣等 较为隐蔽的损坏.关键是如何采取手段验明其好坏,否 则会扩大故障范围,造成人为的麻烦.由于模块焊到线 路板上,二次焊接费时费力.即使选用好模块,主回路 直流电压也不能轻易投送,需先用一个较低的直流供 电,验证确无异常后,才能连接直流母线回路,并做起 动试验. (3)在变频器维修中,有些元件(电容,光藕,模 块)受温度漂移,离散性及电流,电压的影响,拆下来 用万用表测量正常,而一上机便呈现不良状态,容易 误导维修者.在这种不能准确判断元件好坏的情况下 (特别是遇到驱动电路疑难故障),采用代换法是最快 捷的.