變頻器逆變電路維修探討

李旭敏

摘 要：隨著時代的不斷發(fā)展，各種科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用普及，在當(dāng)下，人們生活中的方方面面都離不開電，變頻器能夠起到調(diào)節(jié)變頻的作用，通過對電源電流進(jìn)行調(diào)整變頻，從而能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行控制，并在一定程度上實現(xiàn)節(jié)能調(diào)控的目的，當(dāng)今社會中，大到各種大型工業(yè)設(shè)施，小到各種日常家電，都有變頻器應(yīng)用的影子，如果變頻器逆變電路出現(xiàn)了故障，很容易導(dǎo)致電氣設(shè)施無法正常運行，影響到人們?nèi)粘５纳钌a(chǎn)。因此有必要對變頻器逆變電路進(jìn)行初步的分析，探究其構(gòu)造，對常見的損壞原因進(jìn)行研究，從而為日后的變頻器應(yīng)用維修提高參考。

關(guān)鍵詞：變頻器 逆變電路 維修

中圖分類號：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）03-0-01

變頻器能夠?qū)﹄娫措娏鬟M(jìn)行調(diào)節(jié)變頻，實現(xiàn)交流電機(jī)的軟啟動，進(jìn)行變頻調(diào)速，提高設(shè)備運轉(zhuǎn)精度，改變設(shè)備功率因素，對設(shè)備進(jìn)行過流、過載、過壓保護(hù)。一般情況下，變頻器可以分為整流單元、高容量電容、逆變電路和控制器四個部分，其工作流程為整流單位對接受的固定交流電進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為特定的直流電，然后經(jīng)由高容量電容進(jìn)行儲存，逆變電路能夠通過大功率晶體管開關(guān)陣列形成電子開關(guān)，對儲存的直流電流進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成為具有不同頻率、不同寬度、不同幅度的方波，轉(zhuǎn)化完成的方波在經(jīng)過控制器處理，形成交流電，繼而應(yīng)用到電氣設(shè)備中。在整個過程中，逆變電路起著對電流進(jìn)行再度轉(zhuǎn)化的作用，如果逆變電路出現(xiàn)了問題，變頻器系統(tǒng)將無法進(jìn)行正常運行，進(jìn)而對整個電氣設(shè)備系統(tǒng)的運行造成不良影響。因此通過對變頻器逆變電路進(jìn)行及時的維護(hù)整修，能夠有效地避免變頻器停擺，電力設(shè)備運行不良的發(fā)生，從而更好地幫助電力設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)定運行，投入到人們生活中的使用。

一、變頻器逆變電路的構(gòu)造

常見的變頻器逆變電路是由IGD、IGBT、電容等不同元件組成的，IGBT在整個逆變電路中起著核心作用，IGD負(fù)責(zé)對IGBT進(jìn)行觸發(fā)、保護(hù)和監(jiān)控，電容則是用來對直流電進(jìn)行暫時保存。一般情況下，逆變電路損壞原因有兩種，IGD損壞和IGBT損壞，通過這兩個部分的診斷維修，能夠有效地解決逆變電路故障問題，實現(xiàn)變頻器的正常運行。

二、IGBT常見故障與診斷

1.IGBT常見故障判斷原理

IGBT是指絕緣柵雙極型晶體管的縮寫，它的發(fā)射極和柵極之間有很大部分的面積相鄰，這部分空間中有一層二氧化硅絕緣柵起到隔絕作用，形成一個電容。正常情況下，IGBT在G-E之間能夠進(jìn)行電容特性的測量，ICBT的電容值和容量呈現(xiàn)正比關(guān)系。因此為了提高IGBT的工作效率，往往將隔絕柵的厚度做得極薄，導(dǎo)致其耐壓值過低，一旦電壓超出了隔絕柵的耐壓上限，很容易導(dǎo)致隔絕柵被擊穿，造成電容特性消失，IGBT損壞。因此通過對CG-E電容特性進(jìn)行測量，能夠?qū)極是否損壞進(jìn)行判斷，同時通過CG-C和CE-C的測量結(jié)果也可以作為C和E的判斷依據(jù)[1]。

2.常見的IGBT損壞原因

2.1 dt/dv導(dǎo)致的柵極擊穿

當(dāng)柵極處于懸空狀態(tài)時，由于G-C與G-E之間的電容特性，如果C-E突然發(fā)生電壓增高，會對CCG和CCE進(jìn)行充電，造成柵極電位超出了上限，絕緣柵被擊穿，絕緣失效。因此在進(jìn)行IGBT的耐壓測試時，應(yīng)當(dāng)用導(dǎo)體短接GE，在進(jìn)行IGD的安裝時也必須保證IGD和柵極進(jìn)行可靠接觸，避免由于充電導(dǎo)致的電壓升高，造成dt/dv擊穿。

2.2擎住效應(yīng)

在IGBT內(nèi)部，各有一個等效的PNP三極管和NPN三極管，這兩個三極管又形成了一個等效晶閘管。正常情況下，NPN三極管處于休眠狀態(tài)，不起作用，但是當(dāng)電流超出限定范圍時，NPN三極管將造成IGBT失控，出現(xiàn)擎住效應(yīng)，無法進(jìn)行及時關(guān)斷，致使IGBT被燒毀。

2.3過流損壞

在IGBT進(jìn)行正常工作時，會在柵極處施加一個正電壓，對P溝道內(nèi)電子進(jìn)行吸引，進(jìn)而形成臨時的N性半導(dǎo)體區(qū)域，這個區(qū)域厚度往往取決于柵極的電場厚度，IGBT通態(tài)電阻越高，熱耗損和管壓降越大，當(dāng)實際電流超過了額度值，IGBT可能就發(fā)生損壞。

2.4散熱不良熱擊穿

當(dāng)大電流通過時。IGBT會產(chǎn)生較大的熱量，如果沒有妥善的散熱措施，無法進(jìn)行及時的散熱，過高的溫度會對IGBT造成不良的影響，發(fā)生熱擊穿現(xiàn)象，形成IGBT的損壞[2]。

三、IGD常見功能與故障

1.IGD的構(gòu)造和工作原理

從構(gòu)造上來看，IGD模塊可以分為DC-DC隔離電源、Uce監(jiān)控電路和觸發(fā)/關(guān)斷電路三大部分，PSU供給的直流電壓經(jīng)過隔離電源中頻震蕩處理，由隔離變壓器進(jìn)行整流平波后再提供給IGD使用，利用隔離電源，能夠有效地穩(wěn)定IGBT觸發(fā)電壓，避免電壓波動造成IGBT觸發(fā)端的損壞，當(dāng)IGD模塊發(fā)生損壞時，隔離電源能夠起到對IGBT保護(hù)的作用，避免超額高壓進(jìn)行到PSU中，導(dǎo)致IGBT損壞。不同型號IGD模塊的隔離電源具有不同的輸入電壓，6SE70系列的隔離電源的輸入電壓為15V，而Micromaster和SINAMICS系列的隔離電源輸入電壓為24V[3]。

2.IGD常見故障

IGD在進(jìn)行使用的過程中，如果隔離電源發(fā)生損壞、監(jiān)測電路失效或者電路控制失效，也會導(dǎo)致IGD無法進(jìn)行正常的運行。隔離電源的內(nèi)部元件構(gòu)造相對比較脆弱，在隔離電源的整體結(jié)構(gòu)中，起振電路核心是一枚CMOS半導(dǎo)體，這種半導(dǎo)體雖然和TTLIC半導(dǎo)體相比擁有更寬的工作電壓和更低的能耗，但是也更加容易被損壞。隔離電源的開關(guān)管使用的是MOS管。通過MOS管的應(yīng)用，固然能夠提升IGBT的開關(guān)速度，減少開關(guān)管的損耗，但是在惡劣環(huán)境中的損壞可能性更大，另外作為電壓觸發(fā)元件，IGBT在觸發(fā)電流方面沒有太大的要求，不需要隔離電源具備太大的電流輸出能力，一旦IGBT的G-E發(fā)生了短路或者其他IGD元件發(fā)生了短路，隔離電源很容易就會發(fā)生損壞。當(dāng)IGBT損壞時，往往會產(chǎn)生電路控制失效，在進(jìn)行控制時IGBT的G-E區(qū)域沒有產(chǎn)生關(guān)斷電壓，測量時無法測量到觸發(fā)電壓。如果IGD的穩(wěn)壓管或者肖特基二極管發(fā)生了損壞，會導(dǎo)致監(jiān)測電路回饋丟失，使得變頻器在運行前就開始故障報警，影響到變頻器的正常使用。

總結(jié)

隨著在工業(yè)領(lǐng)域、日常領(lǐng)域中變頻器應(yīng)用范圍的不斷增大，變頻器的維護(hù)檢修成為了一個具有現(xiàn)實意義的重要課題，通過對常見的變頻器逆變電路故障進(jìn)行初步的分析，找出相應(yīng)的故障原因，能夠有效地為日后的變頻器維修提高參考意見，從而促進(jìn)變頻器的應(yīng)用推廣，實現(xiàn)電器設(shè)備的節(jié)能運作。

參考文獻(xiàn)

[1]丁斌，陳懷波.變頻器逆變電路維修探討[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2013，26（7）：134，136.

[2]徐殿國，劉曉峰，于泳等.變頻器故障診斷及容錯控制研究綜述[J].電工技術(shù)學(xué)報，2015，30（21）：1-12

[3]王彬，郭金川.淺談變頻器基本原理與拓展[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2015，（12）：97-97，124.