逆變功率模塊的損壞
1.1.1 判斷
逆變功率模塊主要有IGBT、IPM 等,檢查外觀是否已炸開,端子與相連印制板是否有燒蝕痕跡。用萬用表查C-E、G-C、G-E 是否已通,或用萬用表測(cè)P 對(duì)U、V、W 和N 對(duì)U、V、W 電阻是否有不一致,以及各驅(qū)動(dòng)功率器件控制極對(duì)U、V、W、P、N 的電阻是否有不一致,以此判斷是哪一功率器件損壞。
1.1.2 損壞的原因查找
(1)器件本身質(zhì)量不好。
(2)外部負(fù)載有嚴(yán)重過電流、不平衡,電動(dòng)機(jī)某相繞阻對(duì)地短路,有一相繞阻內(nèi)部短路,負(fù)載機(jī)械卡住,相間擊穿,輸出電線有短路或?qū)Φ囟搪贰?br />(3)負(fù)載上接了電容,或因布線不當(dāng)對(duì)地電容太大,使功率管有沖擊電流。
(4)用戶電網(wǎng)電壓太高,或有較強(qiáng)的瞬間過電壓,造成過電壓損壞。
(5)機(jī)內(nèi)功率開關(guān)管的過電壓吸收電路有損壞,造成不能有效吸收過電壓而使IGBT損壞,如圖1所示。
(6)濾波電容因日久老化,容量減少或內(nèi)部電感變大,對(duì)母線的過壓吸收能力下降,造成母線上過電壓太高而損壞IGBT。正常運(yùn)行時(shí)母線上的過電壓是逆變開關(guān)器件脈沖關(guān)斷時(shí),母線回路的電感儲(chǔ)能轉(zhuǎn)變而來的。
(7)IGBT或IPM功率器件的前級(jí)光電隔離器件因擊穿導(dǎo)致功率器件也擊穿,或因在印制板隔離器件部位有塵埃、潮濕造成打火擊穿,導(dǎo)致IGBT、IPM損壞。
(8)不適當(dāng)?shù)牟僮鳎虍a(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件中有缺陷,在干擾和開機(jī)、關(guān)機(jī)等不穩(wěn)定情況下引起上下兩功率開關(guān)器件瞬間同時(shí)導(dǎo)通。
(9)雷擊、房屋漏水入侵,異物進(jìn)入、檢查人員誤碰等意外。
(10)經(jīng)維修更換了濾波電容器,因該電容質(zhì)量不好,或接到電容的線比原來長(zhǎng)了,使電感量增加,造成母線過電壓幅度明顯升高。
(11)前級(jí)整流橋損壞,由于主電源前級(jí)進(jìn)入了交流電,造成IGBT、IPM損壞。
(12)修理更換功率模塊,因沒有靜電防護(hù)措施,在焊接操作時(shí)損壞了IGBT。或因修理中散熱、緊固、絕緣等處理不好,導(dǎo)致短時(shí)使用而損壞。
(13)并聯(lián)使用IGBT,在更換時(shí)沒有考慮型號(hào)、批號(hào)的一致性,導(dǎo)致各并聯(lián)元件電流不均而損壞。
(14)變頻器內(nèi)部保護(hù)電路(過電壓、過電流保護(hù))的某元件損壞,失去保護(hù)功能。
(15)變頻器內(nèi)部某組電源,特別是IGBT驅(qū)動(dòng)級(jí)+、-電源損壞,改變了輸出值或兩組電源間絕緣被擊穿。
1.1.3 更換
只有查到損壞的根本原因,并首先消除再次損壞的可能,才能更換逆變模塊,否則換上去的新模塊會(huì)再損壞。
(1)IGBT 同絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管一樣要避免靜電損壞。在裝配焊接中防止損壞的根本措施是,把要修理的機(jī)器、IGBT 模塊、電烙鐵、人、操作工作臺(tái)墊板等全部用導(dǎo)線連接起來,使得在同一電場(chǎng)電位下進(jìn)行操作,全部連接的公共點(diǎn)如能接地就更好。特別是電烙鐵頭上不能帶有市電高電位,示波器電源要用隔離良好的變壓器隔離。IGBT模塊在未使用前要保持控制極G 與發(fā)射極E 接通,不得隨意去掉該器件出廠前的防靜電保護(hù)G-E 連通措施。
(2)功率模塊與散熱器之間涂導(dǎo)熱硅脂,保證涂層厚度0.1耀0.25 mm,接觸面80%以上,緊固力矩按緊固螺釘大小施加(M4 13 kg·cm,M5 17 kg·cm,M6 22 kg·cm),以確保模塊散熱良好。
(3)機(jī)器拆開時(shí),要對(duì)被拆件、線頭、零件做好筆記。再裝配時(shí)處理好原裝配上的各類技術(shù)措施,不得簡(jiǎn)化、省略。例如,輸入的雙絞線、各電極連接的電阻阻值、絕緣件、吸收板或吸收電容都要維持原樣;要對(duì)作了修焊的驅(qū)動(dòng)印制板進(jìn)行清潔和防止爬電的涂漆處理,以及保證絕緣可靠,更不要少裝和錯(cuò)裝零部件。
(4)并聯(lián)模塊要求型號(hào)、編號(hào)一致,在編號(hào)無法一致時(shí),要確保被并聯(lián)的全部模塊性能相同。
(5)對(duì)因炸機(jī)造成銅件的缺損,要把毛刺修圓砂光,避免因過電壓發(fā)生尖端放電而再次損壞。
1.1.4 更換模塊后的通電
經(jīng)常會(huì)更換模塊后,一通電又燒毀了。為防止此類事故,一般在變頻器的直流主回路里串入一電阻,電阻阻值為1耀2 k贅,功率50 W以上,由于電阻的限流作用,即使故障開機(jī)也不會(huì)損壞模塊?蛰d時(shí)流過電阻的電流小,壓降也小,可做空載檢查。
一般只要空載運(yùn)行正常,去掉電阻大都會(huì)正常。
1.2 整流橋的損壞
1.2.1 判斷
用萬用表電阻擋即可判斷,對(duì)并聯(lián)的整流橋要松開連接件,找到壞的那一個(gè)。
1.2.2 損壞原因查找
(1)器件本身質(zhì)量不好。
(2)后級(jí)電路、逆變功率開關(guān)器件損壞,導(dǎo)致整流橋流過短路電流而損壞。
(3)電網(wǎng)電壓太高,電網(wǎng)遇雷擊和過電壓浪涌。電網(wǎng)內(nèi)阻小,過電壓保護(hù)的壓敏電阻已經(jīng)燒毀不起作用,導(dǎo)致全部過壓加到整流橋上。
(4)變頻器與電網(wǎng)的電源變壓器太近,中間的線路阻抗很小,變頻器沒有安裝直流電抗器和輸入側(cè)交流電抗器,使整流橋處于電容濾波的高幅度尖脈沖電流的沖擊狀態(tài)下,致使整流橋過早損壞。
(5)輸入缺相,使整流橋負(fù)擔(dān)加重而損壞。
1.2.3 更換
(1)找到引起整流橋損壞的根本原因,并消除,防止換上新整流橋又發(fā)生損壞。
(2)更換新整流橋,對(duì)焊接的整流橋需確保焊接可靠。確保與周邊元件的電氣安全間距,用螺釘聯(lián)接的要擰緊,防止接觸電阻大而發(fā)熱。與散熱器有傳導(dǎo)導(dǎo)熱的,要求涂好硅脂降低熱阻。
(3)對(duì)并聯(lián)整流橋要用同一型號(hào)、同一廠家的產(chǎn)品以避免電流不均勻而損壞。
1.3 濾波電解電容器損壞
1.3.1 判斷
出現(xiàn)外觀炸開、鋁殼鼓包、塑料外套管裂開,流出了電解液、保險(xiǎn)閥開啟或被壓出,小型電容器頂部分瓣開裂,接線柱嚴(yán)重銹蝕,蓋板變形、脫落,說明電解電容器已損壞。用萬用表測(cè)量開路或短路,容量明顯減小,漏電嚴(yán)重(用萬用表測(cè)最終穩(wěn)定后的阻值較。
1.3.2 找出電容損壞原因
(1)器件本身質(zhì)量不好(漏電流大、損耗大、耐壓不足、含有氯離子等雜質(zhì)、結(jié)構(gòu)不好、壽命短)。
(2)濾波前的整流橋損壞,有交流電直接進(jìn)入了電容。
(3)分壓電阻損壞,分壓不均造成某電容首先擊穿,隨后發(fā)生相關(guān)其他電容也擊穿。
(4)電容安裝不良,如外包絕緣損壞,外殼連到了不應(yīng)有的電位上,電氣連接處和焊接處不良,造成接觸不良發(fā)熱而損壞。
(5)散熱環(huán)境不好,使電容溫升太高,日久而損壞。
1.3.3 電容的更換
(1)更換濾波電解電容器最好選擇與原來相同的型號(hào),在一時(shí)不能獲得相同的型號(hào)時(shí),必須注意以下幾點(diǎn):耐壓、漏電流、容量、外形尺寸、極性、安裝方式應(yīng)相同,并選用能承受較大紋波電流,長(zhǎng)壽命的品種。
(2)更換拆裝過程中注意電氣連接(螺釘聯(lián)接和焊接)牢固可靠,正、負(fù)極不得接錯(cuò),固定用卡箍要能牢固固定,并不得損壞電容器外絕緣包皮,分壓電阻照原樣接好,并測(cè)量一下電阻值,應(yīng)使分壓均勻。
(3)已放置一年以上的電解電容器,應(yīng)測(cè)量漏電流值,不得太大,裝上前先行加直流電老化,直流電先加低一些,當(dāng)漏電流減小時(shí),再升高電壓,最后在額定電壓時(shí),漏電流值不得超過標(biāo)準(zhǔn)值。
(4)因電容器的尺寸不合適,而修理替換的電容器只能裝在其他位置時(shí),必須注意從逆變模塊到電容的母線不能比原來的母線長(zhǎng),兩根+、-母線包圍的面積必須盡量小,最好用雙絞線方式。這是因?yàn)殡娙葸B接母線延長(zhǎng)或+、-母線包圍面積大會(huì)造成母線電感增加,引起功率模塊上的脈沖過電壓上升,造成損壞功率模塊或過電壓吸收器件損壞。在不得已的情況下,另將高頻高壓的浪涌吸收電容器用短線加裝到逆變模塊上,幫助吸收母線的過電壓,彌補(bǔ)因電容器連接母線延長(zhǎng)帶來的危害。
1.4 風(fēng)機(jī)的損壞
1.4.1 風(fēng)機(jī)的損壞判斷
(1)測(cè)量風(fēng)機(jī)電源電壓是否正常,如風(fēng)機(jī)電源不正常,首先要修好風(fēng)機(jī)電源。
(2)確認(rèn)風(fēng)機(jī)電源正常后風(fēng)機(jī)如不轉(zhuǎn)或慢轉(zhuǎn),則風(fēng)機(jī)已損壞,需更換。
1.4.2 損壞原因查找
(1)風(fēng)機(jī)本身質(zhì)量不好,線包燒毀、局部短路,直至風(fēng)機(jī)的電子線路損壞,或風(fēng)機(jī)引線斷路、機(jī)械卡死、含油軸承干涸、塑料老化變形卡死。
(2)環(huán)境不良,有水汽、結(jié)露、腐蝕性氣體、臟物堵塞、溫度太高使塑料變形。
1.4.3 風(fēng)機(jī)的更換
(1)更換新風(fēng)機(jī)最好選擇原型號(hào)或比原型號(hào)性能優(yōu)越的風(fēng)機(jī),同樣尺寸的風(fēng)機(jī)包含很多種風(fēng)量和風(fēng)壓品種。
(2)風(fēng)機(jī)的拆卸有很多情況要牽動(dòng)變頻器內(nèi)部機(jī)芯,在拆卸時(shí)要做好記錄和標(biāo)識(shí),防止裝回原樣時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤。有的設(shè)計(jì)已充分考慮到更換方便性,此時(shí)要看清楚,不要盲目大拆、大動(dòng)。
(3)風(fēng)機(jī)在安裝螺釘時(shí),力矩要合適,不要因過緊而使塑料件變形和斷裂,也不能太松而因振動(dòng)松脫。風(fēng)機(jī)的風(fēng)葉不得碰風(fēng)罩,更不得裝反風(fēng)機(jī)。
(4)選用風(fēng)機(jī)時(shí)注意風(fēng)機(jī)軸承是滾珠軸承的為好,含油軸承的機(jī)械壽命短。就單純軸承壽命而言,使用滾珠軸承時(shí)風(fēng)機(jī)壽命會(huì)高5耀10 倍。
(5)風(fēng)機(jī)裝在出風(fēng)口承受高溫氣流,其風(fēng)葉應(yīng)用金屬或耐溫塑料制成,不得使用劣質(zhì)塑料,以免變形。
(6)電源連接要正確良好,轉(zhuǎn)子風(fēng)葉不得與導(dǎo)線相摩擦,裝好后要通電試一下。
(7)清理風(fēng)道和散熱片的堵塞物很重要,不少變頻器因風(fēng)道堵塞而發(fā)生過熱保護(hù)或損壞。
1.5 開關(guān)電源的損壞
1.5.1 開關(guān)電源損壞的判斷
(1)有輸入電壓,而無開關(guān)電源輸出電壓,或輸出電壓明顯不對(duì)。
(2)開關(guān)電源的開關(guān)管、變壓器印制板周邊元件,特別是過電壓吸收元件有外觀上可見的燒黃、燒焦,用萬用表測(cè)開關(guān)管等元件已損壞。
(3)開關(guān)變壓器漆包線長(zhǎng)期在高溫下使用,出現(xiàn)發(fā)黃、焦臭、變壓器繞阻間有擊穿、變壓器繞阻特別是高壓線包有斷線、骨架有變形和跳弧痕跡。
1.5.2 查找開關(guān)電源損壞原因
(1)開關(guān)電源變壓器本身漏感太大。運(yùn)行時(shí)一次繞阻的漏感造成大能量的過電壓,該能量被吸收的元件(阻容元件、穩(wěn)壓管、瞬時(shí)電壓抑制二極管)吸收時(shí)發(fā)生嚴(yán)重過載,時(shí)間一長(zhǎng)吸收的元件就損壞了。
以上原因又會(huì)使開關(guān)電源效率下降、開關(guān)管和開關(guān)變壓器發(fā)熱嚴(yán)重,而且開關(guān)管上出現(xiàn)高的反峰電壓,促使開關(guān)管損壞及變壓器損壞,特別在密閉機(jī)箱里的變壓器、開關(guān)管、吸收用電阻、穩(wěn)壓管或瞬時(shí)電壓抑制二極管的溫度會(huì)很高。
(2)變壓器導(dǎo)線因氧化、助焊劑腐蝕而斷裂。
(3)元器件本身壽命問題,特別是開關(guān)管和或開關(guān)集成電路因電流電壓負(fù)擔(dān)大,更易損壞。
(4)環(huán)境惡劣,由灰塵、水汽等造成絕緣損壞。
1.5.3 開關(guān)電源的修理
(1)開關(guān)電源因局部高溫已使印制板深度發(fā)黃碳化或印制線損壞時(shí),印制板的絕緣和覆銅箔、導(dǎo)線已不能使用時(shí),只能整體更換該印制板。
(2)查出損壞的元件后更換新元件,元件型號(hào)應(yīng)與原型號(hào)一致,在不能一致時(shí),要確認(rèn)元件的功率、開關(guān)頻率、耐壓以及尺寸上能否安裝,并要與周邊元件保持絕緣間距。
(3)認(rèn)為已修好后,應(yīng)通電檢查。通電時(shí)不應(yīng)使整個(gè)變頻器通電而只對(duì)有開關(guān)變壓器的那一部分,即在開關(guān)變壓器的電源側(cè)通電,檢查工作是否正常、二次電壓是否正確,改變電源側(cè)的電壓在+15%耀-20豫變動(dòng)范圍內(nèi),輸出電壓應(yīng)基本不變。
1.6 接觸器的損壞
1.6.1 接觸器損壞判斷
(1)對(duì)于發(fā)生逆變橋模塊炸毀、濾波電解電容器發(fā)生爆炸等變頻器后級(jí)發(fā)生嚴(yán)重過電流短路的,都要檢查是否影響了接觸器。常見的損壞有觸頭燒蝕、燒結(jié),以及接觸器塑料件燒變形。
(2)少數(shù)接觸器會(huì)發(fā)生控制線包斷線和完全不動(dòng)作。
1.6.2 損壞原因
(1)后級(jí)有短路,過電流故障造成觸頭燒蝕。
(2)線包質(zhì)量不好,發(fā)生線包燒毀、燒斷線而不能吸合。
(3)對(duì)有電子線路的接觸器,會(huì)因電子線路損壞而不能動(dòng)作,因此最好不用此類接觸器。
(4)因炸機(jī)火焰損壞。
1.6.3 更換
(1)選同型號(hào)、同尺寸、線包電壓相同的產(chǎn)品更換,如型號(hào)不同,則性能、尺寸、電壓應(yīng)相同。
(2)如果有舊的接觸器,可以更換內(nèi)部零件而修好,但必須嚴(yán)格按原有內(nèi)部裝配正確裝配好。
(3)對(duì)燒蝕不嚴(yán)重的觸頭,可以用細(xì)砂布仔細(xì)砂光繼續(xù)使用。
(4)因觸頭要流過大電流,對(duì)螺釘聯(lián)接的銅條和導(dǎo)線必須切切實(shí)實(shí)擰緊以減少發(fā)熱。
1.7 印制電路板的損壞
1.7.1 印制電路板的損壞判斷
(1)排除了主回路器件的故障后,如還不能使變頻器正常工作,最為簡(jiǎn)單有效的判斷是拆下印制板看一下正、反面有無明顯的元件變色、印制線變色、局部燒毀。
(2)一般變頻器上的印制板主要有驅(qū)動(dòng)板、主控板、顯示板,根據(jù)變頻器故障表現(xiàn)特征,使用換板方式判斷哪塊板有毛病。對(duì)其他印制板,如吸收板、GE 板、風(fēng)機(jī)電源板等,因電路簡(jiǎn)單可用萬用表迅速查出故障。
(3)印制板在有電路圖時(shí)按圖檢查各電源電壓,用示波器檢查各點(diǎn)波形,先從后級(jí),逐漸往前級(jí)檢查;在沒有電路圖時(shí),采用比較法,對(duì)有幾路相同的部分進(jìn)行比較,將故障板與好板對(duì)照查出不同點(diǎn),再作分析即可找到損壞的器件。
1.7.2 印制板損壞原因
(1)元器件本身質(zhì)量和壽命造成損壞,特別是功率較大的器件,損壞的概率更大。
(2)元器件因過熱或過電壓損壞,變壓器斷線,電解電容器干枯、漏電,電阻長(zhǎng)期高溫而變值。
(3)因環(huán)境溫度、濕度、水露、灰塵引起印制板腐蝕擊穿絕緣漏電等損壞。
(4)因模塊損壞導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)印制板上的元件和印制線損壞。
(5)因接插件接觸不良、單片機(jī)、存儲(chǔ)器受干擾晶振失效。
(6)原有程序因用戶自行調(diào)亂,不能工作。
1.7.3 印制板的維修
(1)對(duì)印制板維修需有電路圖、電源、萬用表、示波器、全套焊接拆裝工具,以及日積月累的經(jīng)驗(yàn),才會(huì)比較迅速地找到損壞之處。
(2)印制板表面有防護(hù)漆等涂層,檢測(cè)時(shí)要仔細(xì)用針狀測(cè)筆接觸到被測(cè)金屬,防止誤判。由于元件過熱和過電壓容易造成元件損壞,所以對(duì)于下列部位要求高度注意,首先檢查;
開關(guān)電源的開關(guān)管、開關(guān)變壓器、過電壓吸收元件、功率器件、脈沖變壓器、高壓隔離用的光耦合器、過電壓吸收或緩沖吸收板及所屬元件、充電電阻、場(chǎng)效應(yīng)管或IGBT管、穩(wěn)壓管或穩(wěn)壓集成電路。
(3)印制板的更換會(huì)因版本不同而帶來麻煩,因此若確定要換板,就要看版號(hào)標(biāo)識(shí)是否一致,如不一致而發(fā)生了障礙,就要向制造商了解清楚。
(4)單片機(jī)編號(hào)不一樣內(nèi)部的程序就不一樣,在使用中某些項(xiàng)目可能會(huì)表現(xiàn)不一樣,因此,使用中如確認(rèn)程序有問題,就應(yīng)向制造商詢問。
(5)由于干擾會(huì)導(dǎo)致變頻器工作不正;虬l(fā)生保護(hù)。此時(shí),應(yīng)采取抗干擾措施,除了變頻器整體上考慮抗干擾外(如加裝輸入/輸出交流電抗器、無線電干擾抑制電抗器,輸出線加磁環(huán)等),還可以在印制板的電源端加裝由磁環(huán)和同相串繞的幾匝導(dǎo)線構(gòu)成的所謂共模抑制電抗器,對(duì)印制板上下位置作靜電隔離屏蔽,以及對(duì)外部控制線用屏蔽線或用雙絞線等措施。
(6)印制板維修后要通電檢查,此時(shí)不要直接給變頻器的主回路通電,而要使用輔助電源對(duì)印制板加電,并用萬用表檢查各電壓,用示波器觀察波形,確認(rèn)完全無誤后才可接到主回路一起調(diào)試。
1.8 變頻器內(nèi)部打火或燃燒
1.8.1 過電壓吸收不良造成打火
變頻器的逆變器在快速切換電流時(shí),發(fā)現(xiàn)某主器件被損壞,一般是由于切換電路上往往有電感存在,電感上儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量將迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶?chǎng)能量,即
特別當(dāng)被切換電流i 大,而電路分布電容C小的時(shí)刻,在電流切換器的端子上將出現(xiàn)極高的過電壓u,這個(gè)電壓有時(shí)高到幾百伏、幾千伏、甚至幾萬伏。
因此,在變頻器的功率開關(guān)器件(如IGBT)的C、E端、開關(guān)電源管的D端、電源進(jìn)線端等部位都設(shè)置了過電壓吸收電路或器件來作保護(hù)。但這些保護(hù)器件失效,或具有相同作用的其他器件性能變壞(如承擔(dān)部分過電壓吸收的濾波電容干枯)時(shí),都有可能出現(xiàn)過電壓,發(fā)生打火、擊穿或被保護(hù)的開關(guān)器件自身損壞。
常見過電壓吸收電路如圖2 所示。電源進(jìn)線端的過電壓吸收電路如圖3 所示。
當(dāng)這些吸收元件損壞及安裝它的印制板損壞時(shí),就會(huì)產(chǎn)生過電壓、跳火、燒蝕及主器件立即損壞。
更換這些元件時(shí)要求意識(shí)到型號(hào)的重要性,如二極管一定要用快恢復(fù)或超快恢復(fù)二極管,連接的接線要簡(jiǎn)短,以減少分布電感量的危害。
1.8.2 主器件損壞造成打火
有些變頻器損壞的現(xiàn)象使人感到納悶,母線間的某個(gè)間距并不小,但有尖端放電可能的區(qū)域,出現(xiàn)打火電蝕的痕跡。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)有某主器件被損壞,究竟是不是間距不夠造成的后果呢?不是的,這是因主回路有一定的電感,當(dāng)主器件因故障的短路大電流突然燒毀時(shí),就會(huì)造成母線間過電壓(見圖4)。逆變橋開關(guān)器件IGBT短路會(huì)造成正負(fù)母線間打火;整流橋短路或逆變IGBT 短路有可能造成進(jìn)線處打火或進(jìn)線保護(hù)用壓敏電阻損壞,因進(jìn)線也有電感,也會(huì)造成過電壓。
逆變橋開關(guān)器件IGBT 或整流橋燒毀造成自身炸裂,嚴(yán)重時(shí)殃及周圍器件,如燒毀驅(qū)動(dòng)電路板。
1.8.3 壓敏電阻問題
壓敏電阻本來是用于進(jìn)線側(cè)吸收進(jìn)線過電壓的保護(hù)器件,但當(dāng)進(jìn)線側(cè)電壓持續(xù)較高,壓敏電阻性能有變化時(shí),有可能使壓敏電阻爆炸燒毀,同樣有可能殃及周圍器件和導(dǎo)線絕緣。
1.8.4 電解電容器漏液、爆炸、燃燒
電解電容質(zhì)量不好的表現(xiàn)有:漏液、漏電流大、損耗大、發(fā)熱、鼓包、炸裂、由炸裂引起燃燒、容量下降,內(nèi)阻及電感增加。對(duì)于濾波用電解電容器因電壓高、容量大,所儲(chǔ)存的能量大,容易造成漏液、爆炸、燃燒。電解液是可燃物,可造成燃燒事故。因此要用質(zhì)量好的電解電容器,并在到達(dá)壽命前更換新的。
1.9 常見運(yùn)行中的故障
1.9.1 過電流跳閘
起動(dòng)時(shí),一升速就跳閘,說明過電流十分嚴(yán)重,應(yīng)查看有否負(fù)載短路、接地、工作機(jī)械卡堵、傳動(dòng)損壞、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過小、以及根本起不動(dòng)、變頻器逆變橋已損壞。
運(yùn)行中跳閘引起的原因有升速設(shè)定時(shí)間過短、降速時(shí)間設(shè)定過短、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(V/f 比)設(shè)定太大,造成低速過電流、熱繼電器調(diào)整不當(dāng),動(dòng)作電流設(shè)定太小也可引起過電流動(dòng)作。
1.9.2 過電壓和欠電壓跳閘
(1)過電壓:電源電壓過高、降速時(shí)間設(shè)定過短、降速過程中制動(dòng)單元沒有工作或制動(dòng)單元放電太慢,即制動(dòng)電阻太大。變頻器內(nèi)部過電壓保護(hù)電路有故障會(huì)引起過電壓。
(2)欠電壓:電源電壓過低、電源缺相、整流橋有一相故障,變頻器內(nèi)部欠電壓保護(hù)電路故障也會(huì)引起欠電壓。
1.9.3 電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)
電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)線、變頻器有損壞,線未接好,功能設(shè)置,如上限頻率、下限頻率、最高頻率設(shè)定時(shí)沒有注意,相互矛盾著。使用外控給定時(shí),沒有選項(xiàng)預(yù)置,以及其他不合理設(shè)置。
1.9.4 發(fā)生失速
變頻器在減速或停止過程中,由于設(shè)置的減速時(shí)間過短或制動(dòng)能力不夠,導(dǎo)致變頻器內(nèi)部母線電壓升高發(fā)生保護(hù)(也稱過電壓失速),造成變頻器失去對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度控制。此時(shí),應(yīng)設(shè)置較長(zhǎng)的減速時(shí)間,保持變壓器內(nèi)母線電壓不至于升得太高,實(shí)現(xiàn)正常減速控制。
變頻器在增速過程中,設(shè)置的加速時(shí)間過短或負(fù)載太重,電網(wǎng)電壓太低,導(dǎo)致變頻器過電流而發(fā)生保護(hù)(也稱過電流失速),變頻器失去對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度控制。此時(shí),應(yīng)設(shè)置較長(zhǎng)的增速時(shí)間,維持不會(huì)過電流,實(shí)現(xiàn)正常增速控制。
1.9.5 變頻器主器件自保護(hù)(FL保護(hù))
該保護(hù)是變頻器主器件工作不正常而發(fā)生的自我保護(hù),很多原因都會(huì)導(dǎo)致FL保護(hù)。FL發(fā)生時(shí),很多是變頻器逆變器部分已經(jīng)流過了不適當(dāng)?shù)拇箅娏鳌_@一電流在很短的時(shí)間內(nèi)被檢測(cè)出來,并在沒有使功率器件損壞前發(fā)出保護(hù)控制信號(hào),停止功率器件繼續(xù)被驅(qū)動(dòng)板激勵(lì)而繼續(xù)發(fā)生大電流,從而保護(hù)了功率器件。也有功率器件已壞,不適當(dāng)?shù)赝ㄟ^了大電流,被檢測(cè)后就停止了驅(qū)動(dòng)板對(duì)功率器件的激勵(lì)。也有因過熱使熱敏元件動(dòng)作,發(fā)生FL保護(hù)。
FL發(fā)生的現(xiàn)象一般有:一通電就FL保護(hù)、運(yùn)行一段時(shí)間發(fā)生FL保護(hù)、不定期出現(xiàn)EL保護(hù)。
FL發(fā)生時(shí)要檢查以下是否已損壞及作出處理。
(1)模塊(開關(guān)功率器件)已損壞。
(2)驅(qū)動(dòng)集成電路(驅(qū)動(dòng)片)、驅(qū)動(dòng)光耦合器已損壞。
(3)由功率開關(guān)器件IGBT集電極到驅(qū)動(dòng)光耦合器的傳遞電壓信號(hào)的高速二極管損壞。
(4)因逆變模塊過熱造成熱斷電器動(dòng)作。這類故障一般冷卻后可復(fù)位,即FL在冷卻時(shí)不發(fā)生,可再運(yùn)行。對(duì)此要改善冷卻通風(fēng),找到加熱根源。
(5)外部干擾和內(nèi)部干擾造成變頻器控制部位、芯片發(fā)生誤動(dòng)作。對(duì)此要采取內(nèi)部抗干擾措施,如加磁環(huán)、屏蔽線,更改外部布線、對(duì)干擾源隔離、加電抗器等。
1.10 康沃變頻器常見故障及處理方法
1.10.1 故障P.OFF
康沃變頻器上電顯示P.OFF,延時(shí)1耀2 s后顯示0,表示變頻器處于待機(jī)狀態(tài)。在應(yīng)用中若出現(xiàn)變頻器上電后一直顯示P.OFF 而不跳0 現(xiàn)象,主要原因有輸入電壓過低、輸入電源缺相及變頻器電壓檢測(cè)電路故障。處理時(shí)應(yīng)先測(cè)量電源三相輸入電壓,R、S、T端子正常電壓為三相380 V,如果輸入電壓低于320 V或輸入電源缺少,則應(yīng)排除外部電源故障。如果輸入電源正?膳袛酁樽冾l器內(nèi)部電壓檢測(cè)電路或缺相保護(hù)故障。對(duì)于康沃G1/P1 系列90 kW及以上機(jī)型變頻器,故障原因主要為內(nèi)部缺相檢測(cè)電路異常。缺相檢測(cè)電路由兩個(gè)單相380 V/18.5 V變壓器及整流電路構(gòu)成,故障原因大多為檢測(cè)變壓器故障,處理時(shí)可測(cè)量變壓器的輸出電壓是否正常。
1.10.2 故障ER08
康沃變頻器出現(xiàn)ER08 故障代碼表示變頻器處于欠電壓故障狀態(tài)。主要原因有輸入電源過低或缺相、變頻器內(nèi)部電壓檢測(cè)電路異常、變頻器主電路異常。通用變頻器電壓輸入范圍在320~460 V。
在實(shí)際應(yīng)用中變頻器滿載運(yùn)行時(shí),當(dāng)輸入電壓低于340 V時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)欠電壓保護(hù),這時(shí)應(yīng)提高電網(wǎng)輸入電壓或變頻器降額使用;若輸入電壓正常,變頻器在運(yùn)行中出現(xiàn)ER08 故障,則可判斷為變頻器內(nèi)部故障。若變頻器主回路正常,出現(xiàn)ER08 報(bào)警的原因大多為電壓檢測(cè)電路故障。一般變頻器的電壓檢測(cè)電路為開關(guān)電源的一組輸出,經(jīng)過取樣、比較電路后給CPU 處理器,當(dāng)超過設(shè)定值時(shí),CPU根據(jù)比較信號(hào)輸出故障封鎖信號(hào),封鎖IGBT,同時(shí)顯示故障代碼。
1.10.3 故障ER02/ER05
故障代碼ER02/ER05 表示變頻器在減速中出現(xiàn)過電流或過電壓故障,主要原因?yàn)闇p速時(shí)間過短、負(fù)載回饋能量過大未能及時(shí)被釋放。若電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)慣性較大的負(fù)載時(shí),當(dāng)變頻器頻率(即電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速)下降時(shí),電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可能大于同步轉(zhuǎn)速,這時(shí)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài),此部分能量將通過變頻器的逆變電路返回到直流回路,從而使變頻器出現(xiàn)過壓或過流保護(hù),F(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)在不影響生產(chǎn)工藝的情況下可延長(zhǎng)變頻器的減速時(shí)間,若負(fù)載慣性較大,又要求在一定時(shí)間內(nèi)停機(jī)時(shí),則要加裝外部制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元,康沃G2/P2 系列變頻器22 kW 以下的機(jī)型均內(nèi)置制動(dòng)單元,只需加外部制動(dòng)電阻即可,電阻選配可根據(jù)產(chǎn)品說明中標(biāo)準(zhǔn)選用;對(duì)于功率22 kW以上的機(jī)型則要求外加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。
ER02/ER05故障一般只在變頻器減速停機(jī)過程中才會(huì)出現(xiàn),如果變頻器在其他運(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)該故障,則可能是變頻器內(nèi)部的開關(guān)電源部分,如電壓檢測(cè)電路或電流檢測(cè)電路異常而引起的。
1.10.4 故障ER17
代碼ER17 表示電流檢測(cè)故障。通用變頻器電流檢測(cè)一般采用電流傳感器,如圖5 所示,通過檢測(cè)變頻器兩相輸出電流來實(shí)現(xiàn)變頻器運(yùn)行電流的檢測(cè)、顯示及保護(hù)功能。輸出電流經(jīng)電流傳感器(圖中的H1、H2)輸出線性電壓信號(hào),經(jīng)放大比較電路輸送給CPU 處理器,CPU 處理器根據(jù)不同信號(hào)判斷變頻器是否處于過電流狀態(tài),如果輸出電流超過保護(hù)值,則故障封鎖保護(hù)電路動(dòng)作,封鎖IGBT脈沖信號(hào),實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。
康沃變頻器出現(xiàn)ER17 故障的主要原因?yàn)殡娏鱾鞲衅鞴收匣螂娏鳈z測(cè)放大比較電路異常,前者可通過更換傳感器解決,后者大多為相關(guān)電流檢測(cè)IC 電路或IC 芯片工作電源異常,可通過更換相關(guān)IC或維修相關(guān)電源解決。
1.10.5 故障ER15
代碼ER15 表示逆變模塊IPM、IGBT故障,主要原因?yàn)檩敵鰧?duì)地短路、變頻器至電動(dòng)機(jī)的電纜線過長(zhǎng)(超過50 m)、逆變模塊或其保護(hù)電路故障。現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)先拆去電動(dòng)機(jī)接線,測(cè)量變頻器逆變模塊,觀察輸出是否存在短路,同時(shí)檢查電動(dòng)機(jī)是否對(duì)地短路及電動(dòng)機(jī)接線是否超過允許范圍,如上述均正常,則可能為變頻器內(nèi)部IGBT 模塊驅(qū)動(dòng)或保護(hù)電路異常。一般IGBT過電流保護(hù)是通過檢測(cè)IGBT導(dǎo)通時(shí)的管壓降動(dòng)作的,如圖6所示。
當(dāng)IGBT正常導(dǎo)通時(shí)其飽和壓降很低,當(dāng)IGBT過電流時(shí)管壓降VCE會(huì)隨著短路電流的增加而增大,增大到一定值時(shí),檢測(cè)二極管VDB將反向?qū),此時(shí)反向電流信號(hào)經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路送給CPU 處理器,CPU 封鎖IGBT 輸出,以達(dá)到保護(hù)作用。如果檢測(cè)二極管VDB損壞,則康沃變頻器會(huì)出現(xiàn)ER15 故障,現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)可更換檢測(cè)二極管以排除故障。
1.10.6 故障ER11
康沃變頻器出現(xiàn)ER11 故障表示變頻器過熱,可能的原因主要有:風(fēng)道阻塞、環(huán)境溫度過高、散熱風(fēng)扇損壞不轉(zhuǎn)及溫度檢測(cè)電路異常,F(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)先判斷變頻器是否確實(shí)存在溫度過高情況,如果溫度過高可先按以上原因排除故障;若變頻器溫度正常情況下出現(xiàn)ER11 報(bào)警,則故障原因?yàn)闇囟葯z測(cè)電路故障?滴22 kW以下機(jī)型采用的七單元逆變模塊,內(nèi)部集成有溫度元件,如果模塊內(nèi)此部分電路也會(huì)出現(xiàn)ER11 報(bào)警,另處當(dāng)溫度檢測(cè)運(yùn)算電路異常時(shí)也會(huì)出現(xiàn)同樣故障現(xiàn)象。
2 變頻器驅(qū)動(dòng)電路常見問題及解決方案
近10 多年來,隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論向交流電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的滲入,變頻交流調(diào)速已逐漸取代了過去的轉(zhuǎn)差率調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速技術(shù)。幾乎可以說,有交流電動(dòng)機(jī)的地方就有變頻器的使用。其最主要的特點(diǎn)是具有高效率的驅(qū)動(dòng)性能及良好的控制特性。
現(xiàn)在通用型的變頻器一般包括以下幾個(gè)部分:整流橋、逆變橋、中間直流電路、預(yù)充電電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路等。一臺(tái)變頻器的好壞,驅(qū)動(dòng)電路起著至關(guān)重要的作用,現(xiàn)就來談?wù)勻?qū)動(dòng)電路常見的問題以及解決的辦法。
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,驅(qū)動(dòng)電路本身也經(jīng)歷了從插腳式元件的驅(qū)動(dòng)電路到光耦驅(qū)動(dòng)電路,再到厚膜驅(qū)動(dòng)電路,以及比較新的集成驅(qū)動(dòng)電路。目前后三種驅(qū)動(dòng)電路在維修中還是經(jīng)常能遇到的。
下面介紹幾種驅(qū)動(dòng)電路的維修方法。
2.1 驅(qū)動(dòng)電路損壞的原因及檢查
造成驅(qū)動(dòng)損壞的原因是各種各樣的,一般來說,出現(xiàn)的問題也無非是U、V、W三相無輸出或輸出不平衡,或輸出平衡但是在低頻時(shí)抖動(dòng),還有啟動(dòng)報(bào)警等。當(dāng)一臺(tái)變頻器大電容后的快速熔斷器斷開,或者是IGBT 逆變模塊損壞的情況下,驅(qū)動(dòng)電路基本都不可能完好無損,切不可換上好的快速熔斷器或IGBT逆變模塊,這樣很容易造成剛換上的新器件再次損壞。這時(shí)應(yīng)該著重檢查驅(qū)動(dòng)電路上是否有打火的印記?梢韵葘GBT逆變模塊的驅(qū)動(dòng)腳連線拔掉,用萬用表電阻擋測(cè)量六路驅(qū)動(dòng)是否阻值都相同(但是極個(gè)別的變頻器驅(qū)動(dòng)電路不是六路阻值都相同的,如三菱、富士等變頻器)。如果六路阻值都基本相同也不能完全證明驅(qū)動(dòng)電路是完好的,接著需要使用電子示波器測(cè)量六路驅(qū)動(dòng)電路上電壓是否相同,當(dāng)給定一個(gè)起動(dòng)信號(hào)時(shí)六路驅(qū)動(dòng)電路的波形是否一致。如果沒有電子示波器,也可以嘗試使用數(shù)字式電子萬用表來測(cè)量驅(qū)動(dòng)電路六路的直流電壓。一般來說,未起動(dòng)時(shí)的每路驅(qū)動(dòng)電路上的直流電壓約為10 V,起動(dòng)后的直流電壓為2耀3 V,如果測(cè)量結(jié)果一切正常的話,基本可以判斷此變頻器的驅(qū)動(dòng)電路是好的。接著就將IGBT逆變模塊連接到驅(qū)動(dòng)電路上,但是記住在沒有100%把握的情況下,最穩(wěn)妥的方法還是將IGBT逆變模塊的P從直流母線上斷開,中間串聯(lián)一組燈泡或一個(gè)功率大一點(diǎn)的電阻,這樣能在電路出現(xiàn)大電流的情況下,保護(hù)IGBT逆變模塊不被大電容的放電電流燒壞。下面介紹幾個(gè)在維修變頻器時(shí)和驅(qū)動(dòng)電路有關(guān)的實(shí)例。
2.2 安川616G5,3.7 kW的變頻器
安川616G5,3.7 kW的變頻器,故障現(xiàn)象為三相輸出正常,但在低速時(shí)電動(dòng)機(jī)抖動(dòng),無法進(jìn)行正常運(yùn)行。首先估計(jì)多數(shù)為變頻器驅(qū)動(dòng)電路損壞,正確的解決辦法應(yīng)該是確定故障現(xiàn)象后將變頻器打開,將IGBT 逆變模塊從印制電路上卸下,使用電子示波器觀察六路驅(qū)動(dòng)電路打開時(shí)的波形是否一致,找出不一致的那一路驅(qū)動(dòng)電路,更換該驅(qū)動(dòng)電路上的光耦合器,一般為PC923 或PC怨圓怨。若變頻器使用年數(shù)超過3 年,推薦將驅(qū)動(dòng)電路的電解電容器全部更換,然后再用示波器觀察,待六路波形一致后,裝上IGBT逆變模塊,進(jìn)行負(fù)載實(shí)驗(yàn),抖動(dòng)現(xiàn)象消除。
2.3 富士G9變頻器
富士G9變頻器,故障現(xiàn)象為上電無顯示。估計(jì)可能是變頻器開關(guān)電源損壞,打開變頻器檢查開關(guān)電源線路,但是經(jīng)檢查,開關(guān)電源器件線路都無損壞,直流電壓也無顯示,這時(shí)要估計(jì)到可能是驅(qū)動(dòng)問題。將驅(qū)動(dòng)電路的所有電容拆下,發(fā)現(xiàn)有個(gè)別電容漏液,更換新的電解電容器,再次上電后正常工作。
2.4 臺(tái)達(dá)變頻器
臺(tái)達(dá)變頻器,故障現(xiàn)象是變頻器輸出端打火,拆開檢查后發(fā)現(xiàn)IGBT逆變模塊擊穿,驅(qū)動(dòng)電路印制電路板嚴(yán)重?fù)p壞。正確的解決辦法是先將損壞IGBT逆變模塊拆下,拆的時(shí)候主要應(yīng)盡量保護(hù)好印制電路板不受人為二次損壞,將驅(qū)動(dòng)電路上損壞的電子元器件逐一更換,將印制電路板上開路的線路用導(dǎo)線連起來(這里要注意要將燒毀的部分刮干凈,以防再次打火)。在六路驅(qū)動(dòng)電路阻值相同、電壓相同的情況下使用示波器測(cè)量波形,但變頻器一開就報(bào)OCC 故障(臺(tái)達(dá)變頻器無IGBT逆變模塊,開機(jī)會(huì)報(bào)警)使用燈泡將模塊的P1 和印制板連起來,其他的用導(dǎo)線連,再次起動(dòng)還報(bào)OCC,確定為驅(qū)動(dòng)電路還有問題;逐一更換光耦合器,后發(fā)現(xiàn)該驅(qū)動(dòng)電路的光耦合器帶檢測(cè)功能,其中一路光耦合器檢測(cè)功能損壞,更換新的后,起動(dòng)正常。