变频器逆变电路维修探讨

李旭敏

摘 要：随着时代的不断发展，各种科学技术的应用普及，在当下，人们生活中的方方面面都离不开电，变频器能够起到调节变频的作用，通过对电源电流进行调整变频，从而能够对设备进行控制，并在一定程度上实现节能调控的目的，当今社会中，大到各种大型工业设施，小到各种日常家电，都有变频器应用的影子，如果变频器逆变电路出现了故障，很容易导致电气设施无法正常运行，影响到人们日常的生活生产。因此有必要对变频器逆变电路进行初步的分析，探究其构造，对常见的损坏原因进行研究，从而为日后的变频器应用维修提高参考。

关键词：变频器 逆变电路 维修

中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）03-0-01

变频器能够对电源电流进行调节变频，实现交流电机的软启动，进行变频调速，提高设备运转精度，改变设备功率因素，对设备进行过流、过载、过压保护。一般情况下，变频器可以分为整流单元、高容量电容、逆变电路和控制器四个部分，其工作流程为整流单位对接受的固定交流电进行转化，转化为特定的直流电，然后经由高容量电容进行储存，逆变电路能够通过大功率晶体管开关阵列形成电子开关，对储存的直流电流进行转化，转化成为具有不同频率、不同宽度、不同幅度的方波，转化完成的方波在经过控制器处理，形成交流电，继而应用到电气设备中。在整个过程中，逆变电路起着对电流进行再度转化的作用，如果逆变电路出现了问题，变频器系统将无法进行正常运行，进而对整个电气设备系统的运行造成不良影响。因此通过对变频器逆变电路进行及时的维护整修，能够有效地避免变频器停摆，电力设备运行不良的发生，从而更好地帮助电力设备进行稳定运行，投入到人们生活中的使用。

一、变频器逆变电路的构造

常见的变频器逆变电路是由IGD、IGBT、电容等不同元件组成的，IGBT在整个逆变电路中起着核心作用，IGD负责对IGBT进行触发、保护和监控，电容则是用来对直流电进行暂时保存。一般情况下，逆变电路损坏原因有两种，IGD损坏和IGBT损坏，通过这两个部分的诊断维修，能够有效地解决逆变电路故障问题，实现变频器的正常运行。

二、IGBT常见故障与诊断

1.IGBT常见故障判断原理

IGBT是指绝缘栅双极型晶体管的缩写，它的发射极和栅极之间有很大部分的面积相邻，这部分空间中有一层二氧化硅绝缘栅起到隔绝作用，形成一个电容。正常情况下，IGBT在G-E之间能够进行电容特性的测量，ICBT的电容值和容量呈现正比关系。因此为了提高IGBT的工作效率，往往将隔绝栅的厚度做得极薄，导致其耐压值过低，一旦电压超出了隔绝栅的耐压上限，很容易导致隔绝栅被击穿，造成电容特性消失，IGBT损坏。因此通过对CG-E电容特性进行测量，能够对G极是否损坏进行判断，同时通过CG-C和CE-C的测量结果也可以作为C和E的判断依据[1]。

2.常见的IGBT损坏原因

2.1 dt/dv导致的栅极击穿

当栅极处于悬空状态时，由于G-C与G-E之间的电容特性，如果C-E突然发生电压增高，会对CCG和CCE进行充电，造成栅极电位超出了上限，绝缘栅被击穿，绝缘失效。因此在进行IGBT的耐压测试时，应当用导体短接GE，在进行IGD的安装时也必须保证IGD和栅极进行可靠接触，避免由于充电导致的电压升高，造成dt/dv击穿。

2.2擎住效应

在IGBT内部，各有一个等效的PNP三极管和NPN三极管，这两个三极管又形成了一个等效晶闸管。正常情况下，NPN三极管处于休眠状态，不起作用，但是当电流超出限定范围时，NPN三极管将造成IGBT失控，出现擎住效应，无法进行及时关断，致使IGBT被烧毁。

2.3过流损坏

在IGBT进行正常工作时，会在栅极处施加一个正电压，对P沟道内电子进行吸引，进而形成临时的N性半导体区域，这个区域厚度往往取决于栅极的电场厚度，IGBT通态电阻越高，热耗损和管压降越大，当实际电流超过了额度值，IGBT可能就发生损坏。

2.4散热不良热击穿

当大电流通过时。IGBT会产生较大的热量，如果没有妥善的散热措施，无法进行及时的散热，过高的温度会对IGBT造成不良的影响，发生热击穿现象，形成IGBT的损坏[2]。

三、IGD常见功能与故障

1.IGD的构造和工作原理

从构造上来看，IGD模块可以分为DC-DC隔离电源、Uce监控电路和触发/关断电路三大部分，PSU供给的直流电压经过隔离電源中频震荡处理，由隔离变压器进行整流平波后再提供给IGD使用，利用隔离电源，能够有效地稳定IGBT触发电压，避免电压波动造成IGBT触发端的损坏，当IGD模块发生损坏时，隔离电源能够起到对IGBT保护的作用，避免超额高压进行到PSU中，导致IGBT损坏。不同型号IGD模块的隔离电源具有不同的输入电压，6SE70系列的隔离电源的输入电压为15V，而Micromaster和SINAMICS系列的隔离电源输入电压为24V[3]。

2.IGD常见故障

IGD在进行使用的过程中，如果隔离电源发生损坏、监测电路失效或者电路控制失效，也会导致IGD无法进行正常的运行。隔离电源的内部元件构造相对比较脆弱，在隔离电源的整体结构中，起振电路核心是一枚CMOS半导体，这种半导体虽然和TTLIC半导体相比拥有更宽的工作电压和更低的能耗，但是也更加容易被损坏。隔离电源的开关管使用的是MOS管。通过MOS管的应用，固然能够提升IGBT的开关速度，减少开关管的损耗，但是在恶劣环境中的损坏可能性更大，另外作为电压触发元件，IGBT在触发电流方面没有太大的要求，不需要隔离电源具备太大的电流输出能力，一旦IGBT的G-E发生了短路或者其他IGD元件发生了短路，隔离电源很容易就会发生损坏。当IGBT损坏时，往往会产生电路控制失效，在进行控制时IGBT的G-E区域没有产生关断电压，测量时无法测量到触发电压。如果IGD的稳压管或者肖特基二极管发生了损坏，会导致监测电路回馈丢失，使得变频器在运行前就开始故障报警，影响到变频器的正常使用。

总结

随着在工业领域、日常领域中变频器应用范围的不断增大，变频器的维护检修成为了一个具有现实意义的重要课题，通过对常见的变频器逆变电路故障进行初步的分析，找出相应的故障原因，能够有效地为日后的变频器维修提高参考意见，从而促进变频器的应用推广，实现电器设备的节能运作。

参考文献

[1]丁斌，陈怀波.变频器逆变电路维修探讨[J].工业控制计算机，2013，26（7）：134，136.

[2]徐殿国，刘晓峰，于泳等.变频器故障诊断及容错控制研究综述[J].电工技术学报，2015，30（21）：1-12

[3]王彬，郭金川.浅谈变频器基本原理与拓展[J].军民两用技术与产品，2015，（12）：97-97，124.