變頻器三相輸出不平衡的原因分析及處理
來源:用戶上傳
作者:
摘 要：本文以結合機械工況對變頻器內部原理進行分析和歸納，提出了三相輸出不平衡的常見故障解決思路和方法。
關鍵詞：變頻器;觸發驅動電路;故障
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.122
1 變頻器概述
變頻器是弱電和強電的有機結合，是軟件和硬件的有機結合，更是微電子技術和電力半導體器件的結合應用?，F行變頻器，國產的有英威騰、森蘭、阿爾法等，進口的有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，再好的產品也會損壞。國外進口變頻器的資料少，組裝工藝高，一旦出現故障往往只能依靠生產廠家維修，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鍵器件，以有序的時間控制六個IGBT導通、關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行分析、研究，對常見的三相輸出不平衡故障的原因進行探索并列出對策。
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量和電壓平衡的程度直接影響電動機調速運行的狀態與電動機的使用壽命，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該符合要求，同時電壓平衡，否則會出現過流、過壓、三相負載不平衡等故障出現。
逆變器主要是由主電路中的IGBT等功率開關器件構成，給電動機提供電壓、頻率可變的電源，由控制回路的控制指令進行控制。而控制指令是由CPU主板產生的脈沖信號，通過驅動該脈沖信號的傳輸電路先將脈沖信號加到驅動光耦的輸入腳。一般在輸入信號低電平期間使光耦輸出高電平信號，然后去驅動后置放大電路，提供正向偏流，經兩級互補式電壓跟隨器的功率放大，最后引入IGBT的G極，IGBT飽和導通;在輸入信號的高電平期間，IGBT截止關斷。
觸發驅動電路工作狀態的正常與否，有著至關重要的作用，它只有一個判斷標準：能正常地傳輸和放大六路驅動脈沖，輸出的六路驅動脈沖，應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。通過有序的導通與關斷六個功率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生信號，加到IGBT的柵極，使柵極驅動電路開啟，使IGBT飽和。當柵極電壓處于零時，為了保證IGBT可靠關斷，需要在柵極施加個一個關斷的反向偏壓。一般用推挽式放大電路來提高輸出電流的能力，去匹配IGBT驅動要求。
2.2 變頻器三相輸出不平衡原因分析
在負載正常情況下，三相輸出不平衡主要可分為兩種情況：
（1）電機出現抖動。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，首先是外部負載發生故障而導致IGBT模塊的損壞，其次驅動電路故障也會導致驅動波形失真。應查找相應的光耦、晶體管、穩壓管、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一步確認導致這路驅動電壓和驅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：先檢查六路驅動電路電壓是否正常，如哪路電壓不正常。再檢查相關的電解電容、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電路中的電解電容一直處在脈沖高頻的工作環境下，其工作條件較正常狀態特殊，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）當逆變模塊損壞時，驅動信號電路、驅動電源也會出現不同程度的損壞。先需確定驅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IGBT的驅動波形。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 結論
通過對變頻器三相輸出不平衡的原因的分析、研究，發現驅動信號及傳輸電路對IGBT功率輸出有著至關重要的作用，驅動信號的不良會直接導致逆變電路三相輸出不平衡問題，在修復驅動電路后，也就解決了該故障。
IGBT驅動信號電路是保障整臺變頻器正常運行的關鍵，維修時一定要做到膽大心細，不能盲目地檢修。為保證安全，避免擴大故障，一是要斷開末級功率輸出電路，二是要在驅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量。
參考文獻：
[1]咸慶信.變頻器故障診斷與維修135例[M].中國電力出版社，2013（06）.
[2]張選正，史步海.變頻器故障診斷與維修[M].電子工業出版社，2008（04）.
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14927111.htm
