變頻器不平衡輸出淺談
1 引言
在上世紀(jì)80、90年代變頻器剛開始進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)發(fā)展到目前廣泛被接受，并應(yīng)用于冶金，紡織，印染，印刷，煙機(jī)生產(chǎn)線，及樓宇，供水等領(lǐng)域。由于變頻器確實(shí)在電氣傳動(dòng)調(diào)速方面比傳統(tǒng)調(diào)速有多方面的優(yōu)越性，如節(jié)能，設(shè)備小型化，提高舒適性,如電梯，電車等，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制提高控制精度，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率，變頻器今后在我國(guó)會(huì)日益廣泛應(yīng)用。
變頻器由于是電子產(chǎn)品, 理論上它有設(shè)計(jì)使用年限, 在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)要報(bào)警出故障, 它的故障概率如圖1所示。
圖1 變頻器的故障示意圖
實(shí)際應(yīng)用中變頻器故障率與正確使用，維護(hù)保養(yǎng)和使用環(huán)境也有關(guān)系。從圖1中不難看出變頻器維修領(lǐng)域的前景。變頻器不平衡輸出是變頻器常見典型故障，在這里淺談供廣大同行討論。
2 變頻器的逆變器基本工作原理
變頻器三相(u v w)交流輸出頻率波形質(zhì)量和電壓平衡的程度直接影響異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的狀態(tài)與電機(jī)壽命，更重要是影響變頻器的壽命，一臺(tái)經(jīng)維修后的變頻器，U、V、W三相交流輸出的波形符合要求和電壓平衡是最基本的。
通常變頻器主要有:主電路IGBT，或GTO等功率開關(guān)器件構(gòu)成逆變器給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻的電源，此電源輸出的電壓或電流及頻率由控制回路的控制指令進(jìn)行控制，而控制指令是由外部的運(yùn)轉(zhuǎn)指令運(yùn)算獲得，對(duì)于需要精密控制速度或快速響應(yīng)的場(chǎng)合其運(yùn)算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)出來的信號(hào)以進(jìn)行閉環(huán)控制。保護(hù)電路的構(gòu)成，除應(yīng)防止因變頻器主電路的過電壓保護(hù)，過電流保護(hù)，主電路過熱保護(hù)引起的故障外，還應(yīng)保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)等等，因此直接影響U、V、W輸出主電路的逆變器故障是至關(guān)重要的。
逆變器同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使上橋與下橋的６個(gè)功率開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷。如圖2所示。
圖2 逆變器示意圖
圖2中，S1~S6組成了橋式逆變電路，這6個(gè)開關(guān)交替接通和關(guān)斷就可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互相差2/3π的三相交流電壓。由此可見驅(qū)動(dòng)電路中S1~S6開與關(guān)時(shí)電壓波形一致，對(duì)輸出電壓平衡尤其重要。圖3是在維修變頻器中碰到比較典型的IGBT柵極驅(qū)動(dòng)電路。
柵極驅(qū)動(dòng)電路開通時(shí)，輸出一個(gè)15V的正柵極電壓。這個(gè)值足夠令I(lǐng)GBT產(chǎn)生完全飽和，并使其通態(tài)損耗減至最小，同時(shí)也限制了短路電流和它所帶來的功率應(yīng)力。當(dāng)柵極電壓處于零時(shí)，IGBT處于斷態(tài)是為了保證IGBT在集電極--發(fā)射極電壓出現(xiàn)dv/dt噪聲時(shí)仍保持關(guān)斷，需要在柵極上施加一個(gè)關(guān)斷偏壓，采用反向偏壓還可以減少關(guān)斷損耗。H系列IGBT反向偏壓在-5V~15V范圍內(nèi)。
3 變頻器輸出不平衡及對(duì)策
在實(shí)際維修中U、V、W輸出不平衡可分為三種情況:
(1) 變頻器顯示器顯示:(MISSMG MOTO PHASE)輸出缺相，如排除檢測(cè)電路故障，則通過直接檢查IGBT模塊和驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)論為IGBT模塊損壞，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路也有問題。通過更換IGBT模塊和驅(qū)動(dòng)電路上元器件如光耦, PNP,NPN一對(duì)驅(qū)動(dòng)晶體管, 電解電容, 穩(wěn)壓管等基本能解決問題。
(2) 變頻器輸出U、V、W之間相差100V左右，(輸出380V為例)驅(qū)動(dòng)電路中S1~S6中間的某一路驅(qū)動(dòng)電路無驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形, 通過測(cè)量輸出端子U、V、W—P之間。
(3) U、V、W—N之間直流電壓，可找到這一路驅(qū)動(dòng)電壓不正常或沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形，它導(dǎo)致U、V、W中的某一相不能正常工作所引起相位差。
解決辦法為檢查驅(qū)動(dòng)電路電壓是否正常，光耦是否壞了，電解電容是否漏液等。通過示波器測(cè)量6路波形符合技術(shù)要求，問題也就可解決了。
還有另一種現(xiàn)象是變頻器U、V、W三相輸出交流電壓之間相差大于3%，雖然能使用，但是不能長(zhǎng)期使用和大負(fù)載使用。這主要是驅(qū)動(dòng)電路S1~S6之間主要器件不對(duì)稱所至，如晶體管的技術(shù)參數(shù)，穩(wěn)壓管的參數(shù)，電容的液枯,漏液和漏電等，6路驅(qū)動(dòng)電路上器件的耗損使其參數(shù)上有一定的差別，導(dǎo)致變頻器輸出U、V、 W之間產(chǎn)生微小的電位差。上述情況雖然能使用，但是技術(shù)上是不能容許的。我公司追求精益求精對(duì)各種器件通過篩選老化，如晶體管技術(shù)參數(shù)和穩(wěn)壓管技術(shù)參數(shù)一致、配對(duì)等，保證驅(qū)動(dòng)電路中驅(qū)動(dòng)信號(hào)符合技術(shù)要求，確保IGBT模塊飽和，導(dǎo)通時(shí)間上一致是由器件上的質(zhì)量保證，修理好的變頻器在做負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中電動(dòng)機(jī)聲音輕盈，在修理前和修理后帶相同功率電動(dòng)機(jī)和相同功率負(fù)載，后者的電動(dòng)機(jī)三相電流相對(duì)要小得多。
4 結(jié)束語
變頻器輸出三相不平衡是變頻器的典型常見故障，但是在實(shí)踐中可能碰到各種不同的復(fù)雜問題，希望大家能夠共同交流，同時(shí)我們也希望更好的為廣大客戶服務(wù)。
--摘自PLC和變頻器
在上世紀(jì)80、90年代變頻器剛開始進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)發(fā)展到目前廣泛被接受，并應(yīng)用于冶金，紡織，印染，印刷，煙機(jī)生產(chǎn)線，及樓宇，供水等領(lǐng)域。由于變頻器確實(shí)在電氣傳動(dòng)調(diào)速方面比傳統(tǒng)調(diào)速有多方面的優(yōu)越性，如節(jié)能，設(shè)備小型化，提高舒適性,如電梯，電車等，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制提高控制精度，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率，變頻器今后在我國(guó)會(huì)日益廣泛應(yīng)用。
變頻器由于是電子產(chǎn)品, 理論上它有設(shè)計(jì)使用年限, 在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)要報(bào)警出故障, 它的故障概率如圖1所示。
圖1 變頻器的故障示意圖
實(shí)際應(yīng)用中變頻器故障率與正確使用，維護(hù)保養(yǎng)和使用環(huán)境也有關(guān)系。從圖1中不難看出變頻器維修領(lǐng)域的前景。變頻器不平衡輸出是變頻器常見典型故障，在這里淺談供廣大同行討論。
2 變頻器的逆變器基本工作原理
變頻器三相(u v w)交流輸出頻率波形質(zhì)量和電壓平衡的程度直接影響異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的狀態(tài)與電機(jī)壽命，更重要是影響變頻器的壽命，一臺(tái)經(jīng)維修后的變頻器，U、V、W三相交流輸出的波形符合要求和電壓平衡是最基本的。
通常變頻器主要有:主電路IGBT，或GTO等功率開關(guān)器件構(gòu)成逆變器給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻的電源，此電源輸出的電壓或電流及頻率由控制回路的控制指令進(jìn)行控制，而控制指令是由外部的運(yùn)轉(zhuǎn)指令運(yùn)算獲得，對(duì)于需要精密控制速度或快速響應(yīng)的場(chǎng)合其運(yùn)算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)出來的信號(hào)以進(jìn)行閉環(huán)控制。保護(hù)電路的構(gòu)成，除應(yīng)防止因變頻器主電路的過電壓保護(hù)，過電流保護(hù)，主電路過熱保護(hù)引起的故障外，還應(yīng)保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)等等，因此直接影響U、V、W輸出主電路的逆變器故障是至關(guān)重要的。
逆變器同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使上橋與下橋的６個(gè)功率開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷。如圖2所示。
圖2 逆變器示意圖
圖2中，S1~S6組成了橋式逆變電路，這6個(gè)開關(guān)交替接通和關(guān)斷就可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互相差2/3π的三相交流電壓。由此可見驅(qū)動(dòng)電路中S1~S6開與關(guān)時(shí)電壓波形一致，對(duì)輸出電壓平衡尤其重要。圖3是在維修變頻器中碰到比較典型的IGBT柵極驅(qū)動(dòng)電路。
柵極驅(qū)動(dòng)電路開通時(shí)，輸出一個(gè)15V的正柵極電壓。這個(gè)值足夠令I(lǐng)GBT產(chǎn)生完全飽和，并使其通態(tài)損耗減至最小，同時(shí)也限制了短路電流和它所帶來的功率應(yīng)力。當(dāng)柵極電壓處于零時(shí)，IGBT處于斷態(tài)是為了保證IGBT在集電極--發(fā)射極電壓出現(xiàn)dv/dt噪聲時(shí)仍保持關(guān)斷，需要在柵極上施加一個(gè)關(guān)斷偏壓，采用反向偏壓還可以減少關(guān)斷損耗。H系列IGBT反向偏壓在-5V~15V范圍內(nèi)。
3 變頻器輸出不平衡及對(duì)策
在實(shí)際維修中U、V、W輸出不平衡可分為三種情況:
(1) 變頻器顯示器顯示:(MISSMG MOTO PHASE)輸出缺相，如排除檢測(cè)電路故障，則通過直接檢查IGBT模塊和驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)論為IGBT模塊損壞，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路也有問題。通過更換IGBT模塊和驅(qū)動(dòng)電路上元器件如光耦, PNP,NPN一對(duì)驅(qū)動(dòng)晶體管, 電解電容, 穩(wěn)壓管等基本能解決問題。
(2) 變頻器輸出U、V、W之間相差100V左右，(輸出380V為例)驅(qū)動(dòng)電路中S1~S6中間的某一路驅(qū)動(dòng)電路無驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形, 通過測(cè)量輸出端子U、V、W—P之間。
(3) U、V、W—N之間直流電壓，可找到這一路驅(qū)動(dòng)電壓不正常或沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形，它導(dǎo)致U、V、W中的某一相不能正常工作所引起相位差。
解決辦法為檢查驅(qū)動(dòng)電路電壓是否正常，光耦是否壞了，電解電容是否漏液等。通過示波器測(cè)量6路波形符合技術(shù)要求，問題也就可解決了。
還有另一種現(xiàn)象是變頻器U、V、W三相輸出交流電壓之間相差大于3%，雖然能使用，但是不能長(zhǎng)期使用和大負(fù)載使用。這主要是驅(qū)動(dòng)電路S1~S6之間主要器件不對(duì)稱所至，如晶體管的技術(shù)參數(shù)，穩(wěn)壓管的參數(shù)，電容的液枯,漏液和漏電等，6路驅(qū)動(dòng)電路上器件的耗損使其參數(shù)上有一定的差別，導(dǎo)致變頻器輸出U、V、 W之間產(chǎn)生微小的電位差。上述情況雖然能使用，但是技術(shù)上是不能容許的。我公司追求精益求精對(duì)各種器件通過篩選老化，如晶體管技術(shù)參數(shù)和穩(wěn)壓管技術(shù)參數(shù)一致、配對(duì)等，保證驅(qū)動(dòng)電路中驅(qū)動(dòng)信號(hào)符合技術(shù)要求，確保IGBT模塊飽和，導(dǎo)通時(shí)間上一致是由器件上的質(zhì)量保證，修理好的變頻器在做負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中電動(dòng)機(jī)聲音輕盈，在修理前和修理后帶相同功率電動(dòng)機(jī)和相同功率負(fù)載，后者的電動(dòng)機(jī)三相電流相對(duì)要小得多。
4 結(jié)束語
變頻器輸出三相不平衡是變頻器的典型常見故障，但是在實(shí)踐中可能碰到各種不同的復(fù)雜問題，希望大家能夠共同交流，同時(shí)我們也希望更好的為廣大客戶服務(wù)。
--摘自PLC和變頻器
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