变频器的主电路如何上电检修

接线图 2023年07月21日 23:08 225 admin

    变频器维修者必须树立这样的观念：逆变模块与驱动电路在故障上有极强的连带性。当模块炸裂损坏后，驱动电路势必受到冲击而损坏；模块的损坏也可能正是因驱动电路的故障而造成。因而无论表现为驱动电路或是逆变输出电路的故障，必须将逆变输出电路与驱动电路一同彻底检查。对主电路上电试机，须在确定驱动电路正常——能正常输出六路激励脉冲的前提下进行。对驱动电路的检修见本书第四章。
    检查驱动电路正常后，将损坏逆变模块换新，才可以上电试机。
    整机装配后的上电试机，是一个必须慎重从事的事件。必须采取相应的措施，保证异常情况出现时，新换IGBT模块不至于损坏。试机时，变频器启动瞬间是最“要命的一个时刻”，无一点防护措施下的匆忙上电，会使新换上的价值昂贵的模块损坏于刹那间。以前所付出的检修的努力不仅白废了，而且造成了更大的损失，有可能使故障范围扩大了。有的维修人员炸过几次模块，便对变频器维修望而却步了。采取相应的上电试机措施，能基本上杜绝上电试机逆变模块损坏的发生，只要细心一点的话基本没有问题。
    变频器的主电路上电检修方法一：将逆变模块的供电断开，其实电路中为连接铜排，拆去一段连接铜排，即将三相逆变电路的正供电端断开。注意：断开点必须在储能电容之后！假定在KM之前断开，储能电容上的储存电量，会在逆变电路故障发生时，释放足够的能量将逆变模块炸毁！连接简图如下：
变频器的主电路如何上电检修第1张

图1 变频器逆变回路的上电检修电路接线一图
    在断开处串入两只25W交流220V灯泡，因变频器直流电压约为530V左右，一只灯泡的耐压不足（故障情况下），须两只串联以满足耐压要求。即使逆变电路有短路故障存在，因灯泡的降压限流作用，将逆变电路的供给电流限于100mA以内，逆变模块不会再有损坏的危险。
变频器空载，U、V、W端子不接任何负载。先切断驱动电路的模块OC信号输出回路，避免CPU做出停机保护动作，中断试机过程（具体操作方法见博文《驱动电路的维修》）。上电后可能出现如下种情况：
    1、变频器在停机状态，灯泡亮。三只模块有一只上、下臂IGBT漏电，如Q1和Q2。此种漏电在低电压情况下不易暴露，如万用表不能测出，但引入直流高压后，出现了较大的漏电，说明模块内部有严重的绝缘缺限。购买的拆机品模块有时候出现这种情况。可用排除法检修，如拆除U相模块（Q1、Q2）后灯泡不亮了，说明该模块已损坏。
    2、上电后，灯泡不亮，但接受运行信号后，灯光随频率的上升同步闪烁发亮，说明三相逆变模块中，出现一相上臂或下臂IGBT损坏故障。如当Q1激励信号而开通时，已损坏的Q2与导通的Q1一起，形成了对供电电源的短路。两只串联灯泡承受530V直流电压而发出亮光。
    3、上电后，灯泡不亮，接受运行信号后，灯泡仍不亮；用指针式万用表的交流500V档，测量U、V、W端子输出电压，随频率上升而均匀上升，三相输出电压平衡。说明逆变输出模块基本上是好的，可以带些负载试验了。
    4、上电后，灯泡不亮，启动变频器后，灯泡仍不亮。但测量三相输出电压，不平衡，严重偏相。故障原因：a、某一臂IGBT管子内部已呈开路性损坏；b、某一臂IGBT管子导通内阻变大，接近开路状态了。对此故障的检测方法如
    （1）、让我们掌握用直流电压档测量变频器U、V、W端子输出电压的方法。当变频器输出端子输出三相平衡的交流电压时，说明输出电压中不含有直流成分。换句话说，此时指针式万用表的直流500V档所测得直流电压值为零。当输出偏相时，实质是逆变输出电路的某一臂IGBT导通不良或呈开路状态，致使该相输出为正或负的半波输出，或者该相输出的正、负半波不对称，输出电压中出现了直流分量。一臂IGBT为开路（断路）状态时，则为纯直流分量了。此时用万用表直流500V档测量，可得出如下结果：假定测量U、V之间无直流电压，但测量W、V和W、U之间有直流电压值出现，说明W相模块不良。若为红笔搭W相，表针正偏转，测说明W相下臂IGBT（Q6）导通不良或没有导通；若黑表笔搭接W端子表针为正偏转，则说明U相上臂IGBT（Q5）导通不良或没有导通。
    也可以换一种测量方法，直接测量U、V、W三个输出端子对P、N之间的电压值。仍用直流500V档。由分析可以得出结论：当U相的上、下臂IGBT管子Q1、Q2完全正常地对称导通时，在U端子形成了“等效的”对直流供电530V的分压，U端子P、N两点都能测出二分之一的530V直流电压，即260V左右的直流电压。而异常状态下，可得出这样的测量结果，如P、U之间所测电压远远高于260V甚至等于530V，说明Q1内部断路或导通不良；若在U、N之间所测电压远远高于260V甚至等于530V，则说Q2内部C、E之间断路或导通不良，不能形成对530V的“正常分压”而使U相直流电压升高。
（2）、下述的测量方法，也为一有效方法。修复一台37kW东元变频器，检查为逆变模块损坏，型号为CM100DU-24H。购得一块相同型号的模块，走了一遍脱机测量的所有“程序”，确认模块无问题后，装机上电试验。三相输出电压很不平衡，彻底检查驱动电路确认无故障后，按下图2（简化图）接线方式测量出新换模块导通内阻变大，换新模块后故障排除。

变频器的主电路如何上电检修第2张
图2 变频器逆变回路的上电检修电路接线二图
我国的动力和居民供电，一般采用三相四线制。N为中性线，也称为零线。注意！变频器直流回路负端常常标注为N，与三相供电的中性线不是一码事，在图中以N*（中性线）相区分。有的电工老师弄混了，以为变频器中的N点是与三相供电的N线相连的，连接后，一上电，整流模块就炸飞了。
将三相U、V、W输出端对三相供电的零线（N*）测量（用指针式万用表直流500V档），U相,W相直流成分为零.而V相约有300V的直流负压。由此判断：V相下管导通良好，而上管导通不良，两管输出的正、负半波不对称，致使V相对零线有负电压输出。而V相上管，恰巧就是新换上的模块。另购一只CM100DU-24H更换后，三相输出正常。模块的故障，为内部输出管C、E极间导通内阻变大。说明了一件事，即使是细致测量后，认为是好的逆变模块，也不能百分之百断定就是没有问题的。万用表的测量判断能力毕竟是有限的。对接入电路上电后反映出的问题，不要存有先入之见，认为模块不可能是坏的，从而造成对故障的误断，使检修走入弯路！
串接灯泡上电检查逆变电路，对绝大部分变频器是适用的，因灯泡的限流和指示作用，带来了检修上的很大方便。但例外，也让我碰到了，在检修一例安川55kW变频器时，上电试机时倒把我搞懵了。安川616G3型55kW变频器的主电路见下图：

变频器的主电路如何上电检修第3张
图3 安川616G3型55kW变频器主电路图
[故障实例]：
在图3中DKD*点串入两只灯泡，上电，灯泡不亮，是对的，我松了一口气；按操作面板启动变频器，灯泡变为雪亮！坏了，输出模块有短路现象！这是我的第一判断。停电检查模块和驱动电路，均无异常。回头查看电路结构，在拆除掉MS1250D225P和MS1250D225N后，启动变频器后灯泡不亮了。测空载输出三相电压正常。这两只元件与外接10Ω80W电阻，提供了约百毫安的电流通路，使25W灯泡变为雪亮。安川与台湾产东元大功率变频器，IGBT上往往并联有MS1250D225P和MS1250D225N等元件，内含电容、二极管元年，与外接电阻元件一件构成了IBGT的保护电路，是为抑制尖峰电压，提供IGBT的反向电流通路来保护IGBT安全的，以几十瓦的功耗的牺牲换来IGBT管子更高的安全性，这是安川变频器的模块保护电路的特色。
变频器空载启动后，由于MS1250D225P和MS1250D225N等元件的关系，逆变电路自身形成了一定的电流通路，并非为逆变模块不良造成。该机是一个特例。有了电流通路，也并一定是模块已经损坏了，观察一下，是不是有哪些元件提供了此电流通路？当新鲜的经验固化成思维定式，对故障的误判就在所难免了。
变频器的主电路上电检修方法二：因灯泡的降压作用，虽有一定的输出电压，但幅值较低（模块相关电路取用了一部分电流），不能满足对三相输出电压的检测和判断要求，变频器有可能报出“输出异常”等故障，采取保护停机措施，由此引出了上电检修方法二，见下图（简化）图：

变频器的主电路如何上电检修第4张
图4 变频器逆变回路的上电检修电路接线三图
    将串联灯泡拆除，串入一只2A玻壳保险管，上电检检测图2-7安川变频器主电路的U、V、W三相输出电路，无直流成分，输出三相电压平衡。将切断的OC信号回路恢复，将U、V、W输出端接入2.2kW三相电动机，进行频率增减和起、停操作，表现良好，机器修复。
变频器的主电路上电检修方法三
     逆变输出电路，在无防护措施下的高电压供电情况下，带电状态（尤其是启动运行状态），严禁测量触发端子G1、E1—G6、E6，搭笔即由表笔引线引入干扰，使IGBT误触发，对电源形成短路而炸毁！用示波器的探头检测也不可以！将驱动板脱开逆变电路后，单独检修驱动板时，可对六路输出脉冲进行检测。一旦连接好主电路，在无限流降压措施下，不可贸然搭笔测量！且记！
    好像见过哪一本变频器维修书籍，一位“专家人士”指导读者在变频器整机正常连接和启动状态下，检测触发端子上的激励电压和波形，简直是胆大妄为，胡扯一通！
    上电检修前，一定要检查逆变模块的触发端子的连线是否牢固，无保护措施下，触发引线的连接不良，将导致模块的炸裂。故障机理见其它博文中的相关论述。
    即使串入保险，高电压状态下，不建议进行激励电压（脉冲）的测量，由此引出了上电检修方法三，低电压供电条件下是可以测量激励脉冲有无的。见下图5：

变频器的主电路如何上电检修第5张

图6 变频器逆变回路的上电检修电路接线四图
将逆变输出电路供电正端P(+)断开，另行接入一个低压直流电源，如常用的S-100-24型24V100W的一体化仪用开关电源，或低压线性电源。因为低电压供电，且电源本身有输出限流保护（电源本身的电流输出能力也是有限的，这恰好是一个好处，有了自限流功能），检测逆变输出电路，就变得非常安全了。可配合测量触发端子上的截止负压和正的激励电压，来判断哪一相模块或哪一臂IGBT管子异常。
图6这种接线与供电方式，可以在启动和运行状态下，方便检测驱动电路和逆变电路的工作情况。
[故障实例1]：
接修一台PI-18型11kW普传牌变频器，开关电源电路、驱动电路等全部检测并修复后，将新购逆变输出模块SKM75GD124D焊接到线路上。保险起见，先将逆变电路的供电正端断开，串接了两只灯泡上电试机。上电，灯光不亮，操作面板启动按钮，灯泡一闪，接着跳OC停机。此前，对驱动电路已做了彻底的检查，对所购模块也做了细致的测量。分析OC信号还是因逆变电路或驱动电路故障而返回CPU的，为检查故障所在，将串联灯泡拆去，为逆变电路接入低压直流24V电源，开机检测。
起动变频器，操作显示面板上显示输出频率正常，测U、V、W输出交流电压，50Hz时电压U、V、W输出电压为13V左右，且输出幅度有周期性收缩现象！但三相都有输出，也不再跳OC故障。曾检测过正常机器，当逆变输出电源供电为24V时，U、V、W端子应为稳定的18V左右交流电压。测触发端子上的六路激励脉冲，电压幅度和电流输出能力都满足要求。说明不是驱动电路的问题。这一来有点意思了，将24V电源换为200V直流电源后，并串接2A保险管。上电后启动变频器，还是跳OC！并且串接保险管熔断！这一下故障彻底暴露出来了。模块有严重绝缘缺陷！低电压供电时尚不至于击穿短路，能维持一定电压输出，高电压供电时，即形成较大的短路电流，使变频器报出OC故障。所购模块可能为拆机品——复新模块。将情况向供应商说明，换一块新模块，装机后故障排除。
[故障实例2]：
一台22kW泓筌机器，逆变模块供电串接的保险断掉，测量主电路未见其它异常。一般情况下，逆变电路供电电路中串接的速熔保险管熔断时，逆变电路中必定有一只或两只IGBT短路了。或者反过来说，正是由于IGBT的短路才造成了保险管的熔断。但该机器怎么测量逆变模块，都是好的。装机后先将逆变供电送入24V，跳EOCn，意为加速中过流，电机侧短路。显然逆变模块或驱动电路部分还有故障。看来并非只是换上保险那么简单。嗬嗬，修过这么多变频器，还没有哪台变频器保险管烧过，换上就好了的。
拆机，重新检查驱动电路板，六路驱动电路都工作正常。
装机，还是将逆变供电接入24V，上电跳EfbS，意为保险丝熔断。拆除24V供电，将原保险端子用灯泡串联代之，送电即发强光。但停电拆掉触发端子后，单独测量逆变模块正常。
又将逆变电路接入24V供电，启动变频器，当频率上升至5Hz左右时，仍跳ECOn。这一下倒拿不准是模块还是驱动电路仍有问题。
重查一遍驱动输出的正负电压及电流，均正常。判断还是为逆变模块不良。索性将三只模块全数拆下，放到工作台上与驱动板一起送电检测。上电后，检测V相上臂IGBT触发端子的负压偏低，约2V左右（正常时约7.5V）。与驱动电路脱开触发端子后，测驱动板输出负压恢复为正常值，插上模块触发端子，负压又降低。证实该模块确实已经损坏，内部IGBT管子的G、E极已经漏电。换新模块后，故障修复。
变频器空载试机正常后，应将所有解除的保护电路恢复，进一步带载试验，限于条件，维修部内如果没有三相动力电源，则只有带轻载试验了。根据经验，一般输出电流达5A左右时，模块内部缺陷也是能暴露出来的。用灯泡作假负载的电路见下图7。将三只同功率的灯泡连接成星形，每只灯泡承受最高电压恰为220V左右。可直接接于变频器的U、V、W三个输出端；如果接入小功率三相电动机试机，后者的试验效果要好一些。

变频器的主电路如何上电检修第6张

图7 变频器负载灯泡连接电路图
    变频器装机完毕后，空载和轻载（试机）后，一般问题都能暴露出来，但逆变模块的输出内阻变大，不易检测出来，所以应尽可能地接入电动机试机，才能使返修率最低。
    接入电动机，使输出电流达到5A左右。三相电压与电流都有较好的平衡度，电机在整个频率范围内运行平稳。变频器修复，可以交付用户使用了。
    如果电动机运行时有明显跳动，发出“喀楞喀楞”的声音，测量输出三相电压不平衡，偏相严重。用指针式万用表直流500V档，测量哪一相直流电压最高，该相模块不良，导通内阻变大，须予更换。此一试机过程，可测验出逆变模块导通内阻变大的故障。

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