變頻器不平衡輸出淺談

1 引言
在上世紀80、90年代變頻器剛開始進入我國市場發展到目前廣泛被接受，并應用于冶金，紡織，印染，印刷，煙機生產線，及樓宇，供水等領域。由于變頻器確實在電氣傳動調速方面比傳統調速有多方面的優越性，如節能，設備小型化，提高舒適性,如電梯，電車等，可實現自動化控制提高控制精度，提高產品的質量，提高生產效率和產品合格率，變頻器今后在我國會日益廣泛應用。
變頻器由于是電子產品, 理論上它有設計使用年限, 在實際應用中有時要報警出故障, 它的故障概率如圖1所示。

圖1 變頻器的故障示意圖


實際應用中變頻器故障率與正確使用，維護保養和使用環境也有關系。從圖1中不難看出變頻器維修領域的前景。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量和電壓平衡的程度直接影響異步電動機調速運行的狀態與電機壽命，更重要是影響變頻器的壽命，一臺經維修后的變頻器，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等功率開關器件構成逆變器給異步電動機提供調壓調頻的電源，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行控制，而控制指令是由外部的運轉指令運算獲得，對于需要精密控制速度或快速響應的場合其運算還應包含由變頻器主電路和傳動系統檢測出來的信號以進行閉環控制。保護電路的構成，除應防止因變頻器主電路的過電壓保護，過電流保護，主電路過熱保護引起的故障外，還應保護異步電動機及傳動系統等等，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，以所確定的時間使上橋與下橋的６個功率開關器件導通和關斷。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個開關交替接通和關斷就可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互相差2/3π的三相交流電壓。由此可見驅動電路中S1~S6開與關時電壓波形一致，對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柵極驅動電路。

柵極驅動電路開通時，輸出一個15V的正柵極電壓。這個值足夠令IGBT產生完全飽和，并使其通態損耗減至最小，同時也限制了短路電流和它所帶來的功率應力。當柵極電壓處于零時，IGBT處于斷態是為了保證IGBT在集電極--發射極電壓出現dv/dt噪聲時仍保持關斷，需要在柵極上施加一個關斷偏壓，采用反向偏壓還可以減少關斷損耗。H系列IGBT反向偏壓在-5V~15V范圍內。

3 變頻器輸出不平衡及對策
在實際維修中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，如排除檢測電路故障，則通過直接檢查IGBT模塊和驅動電路，結論為IGBT模塊損壞，同時驅動電路也有問題。通過更換IGBT模塊和驅動電路上元器件如光耦, PNP,NPN一對驅動晶體管, 電解電容, 穩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)驅動電路中S1~S6中間的某一路驅動電路無驅動電壓和驅動信號波形, 通過測量輸出端子U、V、W—P之間。
(3) U、V、W—N之間直流電壓，可找到這一路驅動電壓不正?；驔]有驅動信號波形，它導致U、V、W中的某一相不能正常工作所引起相位差。
解決辦法為檢查驅動電路電壓是否正常，光耦是否壞了，電解電容是否漏液等。通過示波器測量6路波形符合技術要求，問題也就可解決了。
還有另一種現象是變頻器U、V、W三相輸出交流電壓之間相差大于3%，雖然能使用，但是不能長期使用和大負載使用。這主要是驅動電路S1~S6之間主要器件不對稱所至，如晶體管的技術參數，穩壓管的參數，電容的液枯,漏液和漏電等，6路驅動電路上器件的耗損使其參數上有一定的差別，導致變頻器輸出U、V、 W之間產生微小的電位差。上述情況雖然能使用，但是技術上是不能容許的。我公司追求精益求精對各種器件通過篩選老化，如晶體管技術參數和穩壓管技術參數一致、配對等，保證驅動電路中驅動信號符合技術要求，確保IGBT模塊飽和，導通時間上一致是由器件上的質量保證，修理好的變頻器在做負載試驗時，電動機運轉中電動機聲音輕盈，在修理前和修理后帶相同功率電動機和相同功率負載，后者的電動機三相電流相對要小得多。

4 結束語
變頻器輸出三相不平衡是變頻器的典型常見故障，但是在實踐中可能碰到各種不同的復雜問題，希望大家能夠共同交流，同時我們也希望更好的為廣大客戶服務。
--摘自PLC和變頻器