變頻器三相輸出不平衡的原因分析及處理

蔣志僑

摘 要：本文以結(jié)合機(jī)械工況對變頻器內(nèi)部原理進(jìn)行分析和歸納，提出了三相輸出不平衡的常見故障解決思路和方法。

關(guān)鍵詞：變頻器;觸發(fā)驅(qū)動電路;故障

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.122

1 變頻器概述

變頻器是弱電和強(qiáng)電的有機(jī)結(jié)合，是軟件和硬件的有機(jī)結(jié)合，更是微電子技術(shù)和電力半導(dǎo)體器件的結(jié)合應(yīng)用?，F(xiàn)行變頻器，國產(chǎn)的有英威騰、森蘭、阿爾法等，進(jìn)口的有ABB、西門子、三菱、安川、丹佛斯等。特別是國外的一些變頻器在穩(wěn)定性、可靠性上都有較好的口碑，但是這些變頻器隨著使用時間的增長，再好的產(chǎn)品也會損壞。國外進(jìn)口變頻器的資料少，組裝工藝高，一旦出現(xiàn)故障往往只能依靠生產(chǎn)廠家維修，所以在故障處理上一直比較被動。

通用變頻器一般是由整流、濾波、逆變、制動、驅(qū)動、檢測、控制等單元電路組成。其中最主要的功能核心由三部分構(gòu)成：將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。而“逆變器”是將直流功率變換為所要求頻率的關(guān)鍵器件，以有序的時間控制六個IGBT導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到三相交流輸出。本文以PWM控制方式中市場常見的交直交變頻器進(jìn)行分析、研究，對常見的三相輸出不平衡故障的原因進(jìn)行探索并列出對策。

2 三相輸出不平衡的原因與處理

2.1 逆變單元電路基本工作原理

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電動機(jī)調(diào)速運行的狀態(tài)與電動機(jī)的使用壽命，同時也影響變頻器的壽命。正常的變頻器，其交流輸出的波形應(yīng)該符合要求，同時電壓平衡，否則會出現(xiàn)過流、過壓、三相負(fù)載不平衡等故障出現(xiàn)。

逆變器主要是由主電路中的IGBT等功率開關(guān)器件構(gòu)成，給電動機(jī)提供電壓、頻率可變的電源，由控制回路的控制指令進(jìn)行控制。而控制指令是由CPU主板產(chǎn)生的脈沖信號，通過驅(qū)動該脈沖信號的傳輸電路先將脈沖信號加到驅(qū)動光耦的輸入腳。一般在輸入信號低電平期間使光耦輸出高電平信號，然后去驅(qū)動后置放大電路，提供正向偏流，經(jīng)兩級互補(bǔ)式電壓跟隨器的功率放大，最后引入IGBT的G極，IGBT飽和導(dǎo)通;在輸入信號的高電平期間，IGBT截止關(guān)斷。

觸發(fā)驅(qū)動電路工作狀態(tài)的正常與否，有著至關(guān)重要的作用，它只有一個判斷標(biāo)準(zhǔn)：能正常地傳輸和放大六路驅(qū)動脈沖，輸出的六路驅(qū)動脈沖，應(yīng)具備符合要求的電壓幅度和電流供給能力。否則將直接影響三相輸出主電路的輸出平衡。通過有序的導(dǎo)通與關(guān)斷六個功率IGBT，則可將直流功率變換為所要頻率的交流功率輸出信號。

從主板過來的PWM脈沖信號，通過光電耦合器模塊產(chǎn)生信號，加到IGBT的柵極，使柵極驅(qū)動電路開啟，使IGBT飽和。當(dāng)柵極電壓處于零時，為了保證IGBT可靠關(guān)斷，需要在柵極施加個一個關(guān)斷的反向偏壓。一般用推挽式放大電路來提高輸出電流的能力，去匹配IGBT驅(qū)動要求。

2.2 變頻器三相輸出不平衡原因分析

在負(fù)載正常情況下，三相輸出不平衡主要可分為兩種情況：

（1）電機(jī)出現(xiàn)抖動。用萬用表測其三相輸出電壓是否平衡，如不平衡一般是IGBT模塊損壞。IGBT模塊損壞的原因有多種，首先是外部負(fù)載發(fā)生故障而導(dǎo)致IGBT模塊的損壞，其次驅(qū)動電路故障也會導(dǎo)致驅(qū)動波形失真。應(yīng)查找相應(yīng)的光耦、晶體管、穩(wěn)壓管、電解電容等元器件。

（2）變頻器操作面板顯示輸出缺相或報三相負(fù)載不平衡?？梢酝ㄟ^萬用表測量U、V、W對P之間的電壓比較，查找出哪相電壓不一致，然后用示波器和萬用表進(jìn)一步確認(rèn)導(dǎo)致這路驅(qū)動電壓和驅(qū)動信號波形不正常的原因。

2.3 變頻器三相輸出不平衡的處理

解決變頻器三相輸出不平衡故障的步驟是：先檢查六路驅(qū)動電路電壓是否正常，如哪路電壓不正常。再檢查相關(guān)的電解電容、光耦等是否正常。最后用示波器檢查六路波形是否符合技術(shù)要求，六路波形一致則三相輸出不平衡問題也就解決了。

（1）考慮到推挽式輸出觸發(fā)電路中的電解電容一直處在脈沖高頻的工作環(huán)境下，其工作條件較正常狀態(tài)特殊，與正常情況相比工作壽命更短。再者電容性能異常引起波形失真的幾率較高，為了更有把握，可以把所有起平滑作用的電容全部更換。

（2）當(dāng)逆變模塊損壞時，驅(qū)動信號電路、驅(qū)動電源也會出現(xiàn)不同程度的損壞。先需確定驅(qū)動電路能正常輸出六路脈沖信號后，再更換逆變模塊。

（3）建議用示波器檢查有關(guān)IGBT的驅(qū)動波形。這也是最直觀檢查IGBT逆變工作是否正常的手段，波形正常，則輸出必平衡。

3 結(jié)論

通過對變頻器三相輸出不平衡的原因的分析、研究，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動信號及傳輸電路對IGBT功率輸出有著至關(guān)重要的作用，驅(qū)動信號的不良會直接導(dǎo)致逆變電路三相輸出不平衡問題，在修復(fù)驅(qū)動電路后，也就解決了該故障。

IGBT驅(qū)動信號電路是保障整臺變頻器正常運行的關(guān)鍵，維修時一定要做到膽大心細(xì)，不能盲目地檢修。為保證安全，避免擴(kuò)大故障，一是要斷開末級功率輸出電路，二是要在驅(qū)動電源端采取限流措施，三是注意組裝工藝特別是保證焊接質(zhì)量。

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