變頻器驅動電路常見問題及解決方案

潘文標

【摘 要】 變頻器是通過將工頻電源變換成各種頻率的交流電源的方式來使機器變速工作的設備。變頻器發展至今已成為一種高科技產品，具有自動控制和通訊的能力。變頻器廣泛地應用于工業自動控制系統，電力電子系統等領域。本文將簡單的介紹幾種變頻器驅動電路的常見問題，并提供其解決方案。

【關鍵詞】 變頻器 ?驅動電路 ?解決方案

變頻器經過一段時間的發展已經有一些分支型號，但現在通用型的變頻器一般都可以分為下面幾個部分：整流橋、中間直流電路、預充電電路、逆變橋、控制電路、驅動電路等。其中驅動電路是變頻器的核心組成部分。變頻器出現的故障有一大部分原因就是變頻器的驅動電路出現問題，因而了解變頻器驅動電路的故障成因以及維修方法是十分有用的。

1 變頻器驅動電路的常見問題

1.1 驅動電路無輸出

在變頻器出現各種故障時，要檢查變頻器各個組成部分有沒有出現問題。而在檢查驅動電路時，可以發現變頻器驅動電路出現的故障通常有以下幾種，如驅動電路無輸出，或驅動電路的輸出信號偏低。而驅動電路無輸出的原因主要有開關電源中的濾波電容器損壞，光藕合器損壞或放大電路損壞等。當開關電源中的濾波電容器損壞時便會導致無電流經過驅動電流，在這種情況下驅動電路自然無輸出[1]。光藕合器損壞也會導致這種情況，光藕合器是光藕驅動電路中的重要組成部分，這種驅動的主要模塊便是各種型號的光藕合器，外圍再輔佐以驅動電源和限流電阻構成了最簡單的驅動電路，因而當光藕合器損壞時，電流輸出便被阻斷了。放大電路作為驅動電路的輸出通道，其損壞驅動電路也同樣無輸出。

1.2 驅動電路的輸出信號偏低

驅動電路的輸出信號偏低是變頻器驅動電路常見的另一種故障。造成這種故障的主要原因有：開關電源中的濾波電容器老化，電容量減小。穩壓二極管老化也是造成驅動電路的輸出信號偏低的主要原因。穩壓二極管的穩壓值偏高，便加大了IGBT截止時的反向電壓，使驅動模塊輸出的平均電壓減小，從而造成驅動電路的輸出信號偏低[2]。有些時候還伴隨著變頻器抖動或啟動報警器的故障。

2 變頻器驅動電路的解決方案

2.1 變頻器驅動電路的檢查

變頻器的故障以及其產生故障的原因是繁多且雜的，例如元件老化，安裝環境不良，突然停電，電源電壓沖擊過大這些因素都有可能使變頻器受到大面積的損壞，驅動器中的大功率模塊損壞時，例如變頻器大電容后的快熔開路，或者是IGBT逆變模塊損壞，驅動電路基本都不可能完好無損。所以我們在實際維修中一定要先確定驅動電路正常工作，而不能直接換上好的快熔或者IGBT逆變模塊，否則很容易損壞剛換好的器件。在進行維修前，對于變頻器驅動電路的慣例檢查主要有：檢查驅動模塊的輸出信號，驅動模塊的帶負載能力和驅動電路的通電檢查。檢查驅動模塊的輸出信號的基本方法是用一個模擬信號源，向驅動電路提供4一l0mA的信號電流，例如可以用一個20V的穩壓電源串聯一個5k的電阻，再接上電壓表，就可以得到電壓值，再與標準值比較判斷驅動模塊的輸出信號是否正常。檢查驅動模塊的帶負載能力時，由于驅動模塊的帶負載能力是由于IGBT柵一射之間存在結電容，所以驅動模塊的輸出端能夠提供足夠的驅動電流。但實際上檢查時通常難以得到結電容的具體數據，因而在測定驅動模塊的帶載能力時，也不可以通過測量數據直接判斷驅動模塊的帶負載能力是否正常。但可以利用驅動模塊是由六個驅動模塊獨立組成的，不大可能同時損壞的特點，通常采用六個模塊互相比較的辦法，判斷六個驅動模塊是否帶負載能力都正常。對驅動電路的通電檢查也常常通過六個驅動模塊的輸出信號進行比較來進行判斷。檢查當驅動電路接通電源，輸出側是否有信號輸出。在不通電的情況下也可以用萬用表測量輸出側的電阻。另外我們也要了解GTR模塊和IGBT模塊驅動電路的區別，兩種功率模塊前者為電流驅動，后者則是電壓驅動[3]。

2.2 變頻器驅動電路的維修

變頻器的復雜結構以及智能化的特點使得變頻器驅動電路的維修也具有一定難度以及復雜性。但籠統來說，變頻器驅動電路的維修主要工作是找到驅動電路故障的原因，再進行維修或更換，這需要長期的工作經驗的積累。下面介紹一個變頻器驅動電路的維修上的實例，此變頻器為安川61665，3.7kW的變頻器，故障現象為三相輸出正常，但在低速時電動機會抖動，無法正常運行。根據故障的現狀初步估計是變頻器驅動電路損壞，首先確定變頻器的故障是否是由變頻器驅動電路損壞造成的，確定后將變頻器打開，將逆變模塊從印刷電路板上卸下，然后檢查驅動電路的通電的通電情況，即使用電子示波器觀察六路驅動電路電流通過時的波形是否一致，不一致的驅動電路版塊便是已損壞的，更換上好的驅動電路版塊，然后再用示波器觀察，當六路波形一致后，便可裝上IGBT逆變模塊，然后進行負載實驗，抖動現象基本消除。若變頻器使用年數超過3年，驅動電路的元件很可能發生老化現象，導致驅動電路的輸出信號偏低，抖動等故障。這種情況下建議將驅動電路的電解電容全部更換。

3 變頻器驅動電路的日常維護

3.1 變頻器在安裝環境上的防范措施

變頻器的復雜構造使得其對于安裝環境有一定的要求。在不同的環境中變頻器需要有不同的防范措施。比如在大型工廠的附近，可以采用橡膠或者其他緩振配件的使用來減少震蕩，將變頻器固定住也可以。而若安裝環境是在一些潮濕或腐蝕性環境，則要防止電器元件的因為生銹、接觸不良或者絕緣度降低而形成短路，另外變頻器要盡量安裝到陰涼處或者是日光直射不到的地方，因為高溫會造成電子器件壽命及可靠性的降低。同時也要盡量避開高寒環境，因為在有一些地區和特殊環境下的高寒，同樣會導致變頻器因溫度過低不能正常工作。

3.2 變頻器在電源系統上的防范措施

在工作時變頻器經常需要在瞬間停電后繼續運行，這便需要變頻器最好有獨立的線路，以滿足負載電機的降速比例，并減少停電狀態下對變頻器造成的損壞。同時一些特殊的運行設備需要采用專用的變壓器對變頻器供電，這種變頻器在斷電時可以自動切換頻率，同時也是對變頻器的一種保護。在變頻器輸入側加裝濾波電抗器或多種整流橋回路，降低高次諧波分量，可以避免變頻器過度發熱。

3.3 防范電壓沖擊尖峰的措施

防范電壓沖擊尖峰措施的常見做法是在變頻器的輸入端增加一個壓敏電阻或其他吸收器件，來保證驅動電路的輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓值，從而減免沖擊電壓造成過電壓損壞的狀況，但這種壓敏電阻的使用壽命不長。現在國內外開始使用一種吸收網，是在吸收器件的基礎上多加了一個控制片，采用沖擊形成追加Rc來抵抗電壓沖擊。比前面單一的電阻更有效且壽命更長。

4 結語

如今，變頻器驅動電路技術的發展一日千里，不斷向著高集成化方向發展，目前已經有光耦驅動電路等各種新型驅動電路，驅動電路的性能與功效也有了足步的發展。這里所能涉及到的也只是關于變頻驅動電路技術的淺層部分，希望能對廣大技術人員和變頻器愛好者有所幫助，也希望從事變頻維修行業的人能繼續專研并積累經驗。

參考文獻：

[1]翁維勤，等.過程控制系統（第二版）.[M].北京：化學工業出版社，2002.23-25.

[2]汪曉光，等.可編程控制器原理及應用[M].北京：清華大學出版社，2004.12-13.

[3]德1西門子公司.S7-300系列可編程序控制器系統手冊.2007.3-4.