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P 對U、V、W 和N 對U、V、W 電阻是否有不一致,以及各驅動功率器件控制極對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)器件本身質量不好。
(2)外部負載有嚴重過電流、不平衡,電動機某相繞阻對地短路,有一相繞阻內部短路,負載機械卡住,相間擊穿,輸出電線有短路或對地短路。
(3)負載上接了電容,或因布線不當對地電容太大,使功率管有沖擊電流。
(4)用戶電網(wǎng)電壓太高,或有較強的瞬間過電壓,造成過電壓損壞。
(5)機內功率開關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,容量減少或內部電感變大,對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。正常運行時母線上的過電壓是逆變開關器件脈沖關斷時,母線回路的電感儲能轉變而來的。
(7)IGBT或IPM功率器件的前級光電隔離器件因擊穿導致功率器件也擊穿,或因在印制板隔離器件部位有塵埃、潮濕造成打火擊穿,導致IGBT、IPM損壞。
(8)不適當?shù)牟僮鳎虍a(chǎn)品設計軟件中有缺陷,在干擾和開機、關機等不穩(wěn)定情況下引起上下兩功率開關器件瞬間同時導通。
(9)雷擊、房屋漏水入侵,異物進入、檢查人員誤碰等意外。
(10)經(jīng)維修更換了濾波電容器,因該電容質量不好,或接到電容的線比原來長了,使電感量增加,造成母線過電壓幅度明顯升高。
(11)前級整流橋損壞,由于主電源前級進入了交流電,造成IGBT、IPM損壞。
(12)修理更換功率模塊,因沒有靜電防護措施,在焊接操作時損壞了IGBT。或因修理中散熱、緊固、絕緣等處理不好,導致短時使用而損壞。
(13)并聯(lián)使用IGBT,在更換時沒有考慮型號、批號的一致性,導致各并聯(lián)元件電流不均而損壞。
(14)變頻器內部保護電路(過電壓、過電流保護)的某元件損壞,失去保護功能。
(15)變頻器內部某組電源,特別是IGBT驅動級+、-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再損壞。
(1)IGBT 同絕緣柵場效應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,把要修理的機器、IGBT 模塊、電烙鐵、人、操作工作臺墊板等全部用導線連接起來,使得在同一電場電位下進行操作,全部連接的公共點如能接地就更好。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G-E 連通措施。
(2)功率模塊與散熱器之間涂導熱硅脂,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)機器拆開時,要對被拆件、線頭、零件做好筆記。再裝配時處理好原裝配上的各類技術措施,不得簡化、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;要對作了修焊的驅動印制板進行清潔和防止爬電的涂漆處理,以及保證絕緣可靠,更不要少裝和錯裝零部件。
(4)并聯(lián)模塊要求型號、編號一致,在編號無法一致時,要確保被并聯(lián)的全部模塊性能相同。
(5)對因炸機造成銅件的缺損,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,即使故障開機也不會損壞模塊?蛰d時流過電阻的電流小,壓降也小,可做空載檢查。
一般只要空載運行正常,去掉電阻大都會正常。
1.2 整流橋的損壞
1.2.1 判斷
用萬用表電阻擋即可判斷,對并聯(lián)的整流橋要松開連接件,找到壞的那一個。
1.2.2 損壞原因查找
(1)器件本身質量不好。
(2)后級電路、逆變功率開關器件損壞,導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)內阻小,過電壓保護的壓敏電阻已經(jīng)燒毀不起作用,導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,使整流橋負擔加重而損壞。
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。與散熱器有傳導導熱的,要求涂好硅脂降低熱阻。
(3)對并聯(lián)整流橋要用同一型號、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、保險閥開啟或被壓出,小型電容器頂部分瓣開裂,接線柱嚴重銹蝕,蓋板變形、脫落,說明電解電容器已損壞。用萬用表測量開路或短路,容量明顯減小,漏電嚴重(用萬用表測最終穩(wěn)定后的阻值較。
1.3.2 找出電容損壞原因
(1)器件本身質量不好(漏電流大、損耗大、耐壓不足、含有氯離子等雜質、結構不好、壽命短)。
(2)濾波前的整流橋損壞,有交流電直接進入了電容。
(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,在一時不能獲得相同的型號時,必須注意以下幾點:耐壓、漏電流、容量、外形尺寸、極性、安裝方式應相同,并選用能承受較大紋波電流,長壽命的品種。
(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、負極不得接錯,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,并測量一下電阻值,應使分壓均勻。
(3)已放置一年以上的電解電容器,應測量漏電流值,不得太大,裝上前先行加直流電老化,直流電先加低一些,當漏電流減小時,再升高電壓,最后在額定電壓時,漏電流值不得超過標準值。
(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,必須注意從逆變模塊到電容的母線不能比原來的母線長,兩根+、-母線包圍的面積必須盡量小,最好用雙絞線方式。這是因為電容連接母線延長或+、-母線包圍面積大會造成母線電感增加,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,彌補因電容器連接母線延長帶來的危害。
1.4 風機的損壞
1.4.1 風機的損壞判斷
(1)測量風機電源電壓是否正常,如風機電源不正常,首先要修好風機電源。
(2)確認風機電源正常后風機如不轉或慢轉,則風機已損壞,需更換。
1.4.2 損壞原因查找
(1)風機本身質量不好,線包燒毀、局部短路,直至風機的電子線路損壞,或風機引線斷路、機械卡死、含油軸承干涸、塑料老化變形卡死。
(2)環(huán)境不良,有水汽、結露、腐蝕性氣體、臟物堵塞、溫度太高使塑料變形。
1.4.3 風機的更換
(1)更換新風機最好選擇原型號或比原型號性能優(yōu)越的風機,同樣尺寸的風機包含很多種風量和風壓品種。
(2)風機的拆卸有很多情況要牽動變頻器內部機芯,在拆卸時要做好記錄和標識,防止裝回原樣時發(fā)生錯誤。有的設計已充分考慮到更換方便性,此時要看清楚,不要盲目大拆、大動。
(3)風機在安裝螺釘時,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松脫。風機的風葉不得碰風罩,更不得裝反風機。
(4)選用風機時注意風機軸承是滾珠軸承的為好,含油軸承的機械壽命短。就單純軸承壽命而言,使用滾珠軸承時風機壽命會高5耀10 倍。
(5)風機裝在出風口承受高溫氣流,其風葉應用金屬或耐溫塑料制成,不得使用劣質塑料,以免變形。
(6)電源連接要正確良好,轉子風葉不得與導線相摩擦,裝好后要通電試一下。
(7)清理風道和散熱片的堵塞物很重要,不少變頻器因風道堵塞而發(fā)生過熱保護或損壞。
1.5 開關電源的損壞
1.5.1 開關電源損壞的判斷
(1)有輸入電壓,而無開關電源輸出電壓,或輸出電壓明顯不對。
(2)開關電源的開關管、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,用萬用表測開關管等元件已損壞。
(3)開關變壓器漆包線長期在高溫下使用,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 查找開關電源損壞原因
(1)開關電源變壓器本身漏感太大。運行時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、瞬時電壓抑制二極管)吸收時發(fā)生嚴重過載,時間一長吸收的元件就損壞了。
以上原因又會使開關電源效率下降、開關管和開關變壓器發(fā)熱嚴重,而且開關管上出現(xiàn)高的反峰電壓,促使開關管損壞及變壓器損壞,特別在密閉機箱里的變壓器、開關管、吸收用電阻、穩(wěn)壓管或瞬時電壓抑制二極管的溫度會很高。
(2)變壓器導線因氧化、助焊劑腐蝕而斷裂。
(3)元器件本身壽命問題,特別是開關管和或開關集成電路因電流電壓負擔大,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 開關電源的修理
(1)開關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,印制板的絕緣和覆銅箔、導線已不能使用時,只能整體更換該印制板。
(2)查出損壞的元件后更換新元件,元件型號應與原型號一致,在不能一致時,要確認元件的功率、開關頻率、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)認為已修好后,應通電檢查。通電時不應使整個變頻器通電而只對有開關變壓器的那一部分,即在開關變壓器的電源側通電,檢查工作是否正常、二次電壓是否正確,改變電源側的電壓在+15%耀-20豫變動范圍內,輸出電壓應基本不變。
1.6 接觸器的損壞
1.6.1 接觸器損壞判斷
(1)對于發(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發(fā)生嚴重過電流短路的,都要檢查是否影響了接觸器。常見的損壞有觸頭燒蝕、燒結,以及接觸器塑料件燒變形。
(2)少數(shù)接觸器會發(fā)生控制線包斷線和完全不動作。
1.6.2 損壞原因
(1)后級有短路,過電流故障造成觸頭燒蝕。
(2)線包質量不好,發(fā)生線包燒毀、燒斷線而不能吸合。
(3)對有電子線路的接觸器,會因電子線路損壞而不能動作,因此最好不用此類接觸器。
(4)因炸機火焰損壞。
1.6.3 更換
(1)選同型號、同尺寸、線包電壓相同的產(chǎn)品更換,如型號不同,則性能、尺寸、電壓應相同。
(2)如果有舊的接觸器,可以更換內部零件而修好,但必須嚴格按原有內部裝配正確裝配好。
(3)對燒蝕不嚴重的觸頭,可以用細砂布仔細砂光繼續(xù)使用。
(4)因觸頭要流過大電流,對螺釘聯(lián)接的銅條和導線必須切切實實擰緊以減少發(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動板、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。對其他印制板,如吸收板、GE 板、風機電源板等,因電路簡單可用萬用表迅速查出故障。
(3)印制板在有電路圖時按圖檢查各電源電壓,用示波器檢查各點波形,先從后級,逐漸往前級檢查;在沒有電路圖時,采用比較法,對有幾路相同的部分進行比較,將故障板與好板對照查出不同點,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)因模塊損壞導致驅動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、存儲器受干擾晶振失效。
(6)原有程序因用戶自行調亂,不能工作。
1.7.3 印制板的維修
(1)對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,才會比較迅速地找到損壞之處。
(2)印制板表面有防護漆等涂層,檢測時要仔細用針狀測筆接觸到被測金屬,防止誤判。由于元件過熱和過電壓容易造成元件損壞,所以對于下列部位要求高度注意,首先檢查;
開關電源的開關管、開關變壓器、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、場效應管或IGBT管、穩(wěn)壓管或穩(wěn)壓集成電路。
(3)印制板的更換會因版本不同而帶來麻煩,因此若確定要換板,就要看版號標識是否一致,如不一致而發(fā)生了障礙,就要向制造商了解清楚。
(4)單片機編號不一樣內部的程序就不一樣,在使用中某些項目可能會表現(xiàn)不一樣,因此,使用中如確認程序有問題,就應向制造商詢問。
(5)由于干擾會導致變頻器工作不正常或發(fā)生保護。此時,應采取抗干擾措施,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線構成的所謂共模抑制電抗器,對印制板上下位置作靜電隔離屏蔽,以及對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,此時不要直接給變頻器的主回路通電,而要使用輔助電源對印制板加電,并用萬用表檢查各電壓,用示波器觀察波形,確認完全無誤后才可接到主回路一起調試。
1.8 變頻器內部打火或燃燒
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,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,電感上儲存的磁場能量將迅速轉變?yōu)殡妶瞿芰浚?br />
特別當被切換電流i 大,而電路分布電容C小的時刻,在電流切換器的端子上將出現(xiàn)極高的過電壓u,這個電壓有時高到幾百伏、幾千伏、甚至幾萬伏。
因此,在變頻器的功率開關器件(如IGBT)的C、E端、開關電源管的D端、電源進線端等部位都設置了過電壓吸收電路或器件來作保護。但這些保護器件失效,或具有相同作用的其他器件性能變壞(如承擔部分過電壓吸收的濾波電容干枯)時,都有可能出現(xiàn)過電壓,發(fā)生打火、擊穿或被保護的開關器件自身損壞。
常見過電壓吸收電路如圖2 所示。電源進線端的過電壓吸收電路如圖3 所示。
當這些吸收元件損壞及安裝它的印制板損壞時,就會產(chǎn)生過電壓、跳火、燒蝕及主器件立即損壞。
更換這些元件時要求意識到型號的重要性,如二極管一定要用快恢復或超快恢復二極管,連接的接線要簡短,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,當主器件因故障的短路大電流突然燒毀時,就會造成母線間過電壓(見圖4)。逆變橋開關器件IGBT短路會造成正負母線間打火;整流橋短路或逆變IGBT 短路有可能造成進線處打火或進線保護用壓敏電阻損壞,因進線也有電感,也會造成過電壓。
逆變橋開關器件IGBT 或整流橋燒毀造成自身炸裂,嚴重時殃及周圍器件,如燒毀驅動電路板。
1.8.3 壓敏電阻問題
壓敏電阻本來是用于進線側吸收進線過電壓的保護器件,但當進線側電壓持續(xù)較高,壓敏電阻性能有變化時,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線絕緣。
1.8.4 電解電容器漏液、爆炸、燃燒
電解電容質量不好的表現(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,內阻及電感增加。對于濾波用電解電容器因電壓高、容量大,所儲存的能量大,容易造成漏液、爆炸、燃燒。電解液是可燃物,可造成燃燒事故。因此要用質量好的電解電容器,并在到達壽命前更換新的。
1.9 常見運行中的故障
1.9.1 過電流跳閘
起動時,一升速就跳閘,說明過電流十分嚴重,應查看有否負載短路、接地、工作機械卡堵、傳動損壞、電動機起動轉矩過小、以及根本起不動、變頻器逆變橋已損壞。
運行中跳閘引起的原因有升速設定時間過短、降速時間設定過短、轉矩補償(V/f 比)設定太大,造成低速過電流、熱繼電器調整不當,動作電流設定太小也可引起過電流動作。
1.9.2 過電壓和欠電壓跳閘
(1)過電壓:電源電壓過高、降速時間設定過短、降速過程中制動單元沒有工作或制動單元放電太慢,即制動電阻太大。變頻器內部過電壓保護電路有故障會引起過電壓。
(2)欠電壓:電源電壓過低、電源缺相、整流橋有一相故障,變頻器內部欠電壓保護電路故障也會引起欠電壓。
1.9.3 電動機不轉
電動機、導線、變頻器有損壞,線未接好,功能設置,如上限頻率、下限頻率、最高頻率設定時沒有注意,相互矛盾著。使用外控給定時,沒有選項預置,以及其他不合理設置。
1.9.4 發(fā)生失速
變頻器在減速或停止過程中,由于設置的減速時間過短或制動能力不夠,導致變頻器內部母線電壓升高發(fā)生保護(也稱過電壓失速),造成變頻器失去對電動機的速度控制。此時,應設置較長的減速時間,保持變壓器內母線電壓不至于升得太高,實現(xiàn)正常減速控制。
變頻器在增速過程中,設置的加速時間過短或負載太重,電網(wǎng)電壓太低,導致變頻器過電流而發(fā)生保護(也稱過電流失速),變頻器失去對電動機的速度控制。此時,應設置較長的增速時間,維持不會過電流,實現(xiàn)正常增速控制。
1.9.5 變頻器主器件自保護(FL保護)
該保護是變頻器主器件工作不正常而發(fā)生的自我保護,很多原因都會導致FL保護。FL發(fā)生時,很多是變頻器逆變器部分已經(jīng)流過了不適當?shù)拇箅娏鳌_@一電流在很短的時間內被檢測出來,并在沒有使功率器件損壞前發(fā)出保護控制信號,停止功率器件繼續(xù)被驅動板激勵而繼續(xù)發(fā)生大電流,從而保護了功率器件。也有功率器件已壞,不適當?shù)赝ㄟ^了大電流,被檢測后就停止了驅動板對功率器件的激勵。也有因過熱使熱敏元件動作,發(fā)生FL保護。
FL發(fā)生的現(xiàn)象一般有:一通電就FL保護、運行一段時間發(fā)生FL保護、不定期出現(xiàn)EL保護。
FL發(fā)生時要檢查以下是否已損壞及作出處理。
(1)模塊(開關功率器件)已損壞。
(2)驅動集成電路(驅動片)、驅動光耦合器已損壞。
(3)由功率開關器件IGBT集電極到驅動光耦合器的傳遞電壓信號的高速二極管損壞。
(4)因逆變模塊過熱造成熱斷電器動作。這類故障一般冷卻后可復位,即FL在冷卻時不發(fā)生,可再運行。對此要改善冷卻通風,找到加熱根源。
(5)外部干擾和內部干擾造成變頻器控制部位、芯片發(fā)生誤動作。對此要采取內部抗干擾措施,如加磁環(huán)、屏蔽線,更改外部布線、對干擾源隔離、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1耀2 s后顯示0,表示變頻器處于待機狀態(tài)。在應用中若出現(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電路故障。處理時應先測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,則應排除外部電源故障。如果輸入電源正?膳袛酁樽冾l器內部電壓檢測電路或缺相保護故障。對于康沃G1/P1 系列90 kW及以上機型變頻器,故障原因主要為內部缺相檢測電路異常。缺相檢測電路由兩個單相380 V/18.5 V變壓器及整流電路構成,故障原因大多為檢測變壓器故障,處理時可測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、變頻器內部電壓檢測電路異常、變頻器主電路異常。通用變頻器電壓輸入范圍在320~460 V。
在實際應用中變頻器滿載運行時,當輸入電壓低于340 V時可能會出現(xiàn)欠電壓保護,這時應提高電網(wǎng)輸入電壓或變頻器降額使用;若輸入電壓正常,變頻器在運行中出現(xiàn)ER08 故障,則可判斷為變頻器內部故障。若變頻器主回路正常,出現(xiàn)ER08 報警的原因大多為電壓檢測電路故障。一般變頻器的電壓檢測電路為開關電源的一組輸出,經(jīng)過取樣、比較電路后給CPU 處理器,當超過設定值時,CPU根據(jù)比較信號輸出故障封鎖信號,封鎖IGBT,同時顯示故障代碼。
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,主要原因為減速時間過短、負載回饋能量過大未能及時被釋放。若電動機驅動慣性較大的負載時,當變頻器頻率(即電動機的同步轉速)下降時,電動機的實際轉速可能大于同步轉速,這時電動機處于發(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,F(xiàn)場處理時在不影響生產(chǎn)工藝的情況下可延長變頻器的減速時間,若負載慣性較大,又要求在一定時間內停機時,則要加裝外部制動電阻和制動單元,康沃G2/P2 系列變頻器22 kW 以下的機型均內置制動單元,只需加外部制動電阻即可,電阻選配可根據(jù)產(chǎn)品說明中標準選用;對于功率22 kW以上的機型則要求外加制動單元和制動電阻。
ER02/ER05故障一般只在變頻器減速停機過程中才會出現(xiàn),如果變頻器在其他運行狀態(tài)下出現(xiàn)該故障,則可能是變頻器內部的開關電源部分,如電壓檢測電路或電流檢測電路異常而引起的。
1.10.4 故障ER17
代碼ER17 表示電流檢測故障。通用變頻器電流檢測一般采用電流傳感器,如圖5 所示,通過檢測變頻器兩相輸出電流來實現(xiàn)變頻器運行電流的檢測、顯示及保護功能。輸出電流經(jīng)電流傳感器(圖中的H1、H2)輸出線性電壓信號,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值,則故障封鎖保護電路動作,封鎖IGBT脈沖信號,實現(xiàn)保護功能。
康沃變頻器出現(xiàn)ER17 故障的主要原因為電流傳感器故障或電流檢測放大比較電路異常,前者可通過更換傳感器解決,后者大多為相關電流檢測IC 電路或IC 芯片工作電源異常,可通過更換相關IC或維修相關電源解決。
1.10.5 故障ER15
代碼ER15 表示逆變模塊IPM、IGBT故障,主要原因為輸出對地短路、變頻器至電動機的電纜線過長(超過50 m)、逆變模塊或其保護電路故障。現(xiàn)場處理時先拆去電動機接線,測量變頻器逆變模塊,觀察輸出是否存在短路,同時檢查電動機是否對地短路及電動機接線是否超過允許范圍,如上述均正常,則可能為變頻器內部IGBT 模塊驅動或保護電路異常。一般IGBT過電流保護是通過檢測IGBT導通時的管壓降動作的,如圖6所示。
當IGBT正常導通時其飽和壓降很低,當IGBT過電流時管壓降VCE會隨著短路電流的增加而增大,增大到一定值時,檢測二極管VDB將反向導通,此時反向電流信號經(jīng)IGBT驅動保護電路送給CPU 處理器,CPU 封鎖IGBT 輸出,以達到保護作用。如果檢測二極管VDB損壞,則康沃變頻器會出現(xiàn)ER15 故障,現(xiàn)場處理時可更換檢測二極管以排除故障。
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:風道阻塞、環(huán)境溫度過高、散熱風扇損壞不轉及溫度檢測電路異!,F(xiàn)場處理時先判斷變頻器是否確實存在溫度過高情況,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 報警,則故障原因為溫度檢測電路故障?滴22 kW以下機型采用的七單元逆變模塊,內部集成有溫度元件,如果模塊內此部分電路也會出現(xiàn)ER11 報警,另處當溫度檢測運算電路異常時也會出現(xiàn)同樣故障現(xiàn)象。
2 變頻器驅動電路常見問題及解決方案
近10 多年來,隨著電力電子技術、微電子技術及現(xiàn)代控制理論向交流電氣傳動領域的滲入,變頻交流調速已逐漸取代了過去的轉差率調速、變極調速、直流調速等調速技術。幾乎可以說,有交流電動機的地方就有變頻器的使用。其最主要的特點是具有高效率的驅動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部分:整流橋、逆變橋、中間直流電路、預充電電路、控制電路、驅動電路等。一臺變頻器的好壞,驅動電路起著至關重要的作用,現(xiàn)就來談談驅動電路常見的問題以及解決的辦法。
隨著技術的不斷發(fā)展,驅動電路本身也經(jīng)歷了從插腳式元件的驅動電路到光耦驅動電路,再到厚膜驅動電路,以及比較新的集成驅動電路。目前后三種驅動電路在維修中還是經(jīng)常能遇到的。
下面介紹幾種驅動電路的維修方法。
2.1 驅動電路損壞的原因及檢查
造成驅動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抖動,還有啟動報警等。當一臺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,驅動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。這時應該著重檢查驅動電路上是否有打火的印記?梢韵葘GBT逆變模塊的驅動腳連線拔掉,用萬用表電阻擋測量六路驅動是否阻值都相同(但是極個別的變頻器驅動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動電路是完好的,接著需要使用電子示波器測量六路驅動電路上電壓是否相同,當給定一個起動信號時六路驅動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量驅動電路六路的直流電壓。一般來說,未起動時的每路驅動電路上的直流電壓約為10 V,起動后的直流電壓為2耀3 V,如果測量結果一切正常的話,基本可以判斷此變頻器的驅動電路是好的。接著就將IGBT逆變模塊連接到驅動電路上,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)一組燈泡或一個功率大一點的電阻,這樣能在電路出現(xiàn)大電流的情況下,保護IGBT逆變模塊不被大電容的放電電流燒壞。下面介紹幾個在維修變頻器時和驅動電路有關的實例。
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,但在低速時電動機抖動,無法進行正常運行。首先估計多數(shù)為變頻器驅動電路損壞,正確的解決辦法應該是確定故障現(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動電路打開時的波形是否一致,找出不一致的那一路驅動電路,更換該驅動電路上的光耦合器,一般為PC923 或PC怨圓怨。若變頻器使用年數(shù)超過3 年,推薦將驅動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,進行負載實驗,抖動現(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。估計可能是變頻器開關電源損壞,打開變頻器檢查開關電源線路,但是經(jīng)檢查,開關電源器件線路都無損壞,直流電壓也無顯示,這時要估計到可能是驅動問題。將驅動電路的所有電容拆下,發(fā)現(xiàn)有個別電容漏液,更換新的電解電容器,再次上電后正常工作。
2.4 臺達變頻器
臺達變頻器,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,驅動電路印制電路板嚴重損壞。正確的解決辦法是先將損壞IGBT逆變模塊拆下,拆的時候主要應盡量保護好印制電路板不受人為二次損壞,將驅動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)。在六路驅動電路阻值相同、電壓相同的情況下使用示波器測量波形,但變頻器一開就報OCC 故障(臺達變頻器無IGBT逆變模塊,開機會報警)使用燈泡將模塊的P1 和印制板連起來,其他的用導線連,再次起動還報OCC,確定為驅動電路還有問題;逐一更換光耦合器,后發(fā)現(xiàn)該驅動電路的光耦合器帶檢測功能,其中一路光耦合器檢測功能損壞,更換新的后,起動正常。