根据运动与静止的变频器原理与维修，说明中国政策不断完善，具有相对稳定性的原因。

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-09-11 23:33 标签： 变频器原理与维修

　　【摘要】变频器，在现代各行各业自动化电器控制系统中占绝对主导地位，以其稳定性、可靠性、高精度而著称，是必不可少的一个高精度的驱动电器。
　　通用变频器，大到国际大公司，小到工厂家庭乃至在各种设备中都有应用，而其主要的区别只是在品牌和功率的大小。在经过几年的使用后不管是国产的还是进口的变频器故障就陆续出现。其中变频器故障主要有上电无反应、报过流、报过压、报过温或三相负载输出不平衡等等，尤其以三相输出不平衡故障为多，而最终表现出过流、过压故障的实质也就是三相不平衡。但因变频器维修资料图纸等也相当缺乏，出现故障后，用户要么直接换新变频器，要么通过厂家维修，但这样费用较高，周期又长。为打破这一瓶颈，校企工作室通过探索研究自主检修技改，将解决变频器三相输出不平衡的问题。
　　本文以校企工作室检修过的变频器为例，结合机械工况对其内部电子电路原理，进行分析和归纳，最终把三相输出不平衡的问题在技术上攻破。
　　【关键词】变频器；逆变器；不平衡；驱动电路；
　　现行变频器，进口的有ABB、西门子、三菱、安川、丹佛斯，国产的有英威腾、森兰、阿尔法等，台湾的有东元、台达等变频器。
　　变频器是弱电和强电的有机结合，是软件和硬件的有机结合，更是微电子技术和电力半导体器件的结合应用。它控制上的智能化和灵活多变及完善的检测和保护电路，电路元器件的非通用性和特殊要求，说明了这类机器的智能化电气设备的特点。特别是国外的一些变频器在稳定性、可靠性上都有较好的口碑，但是这些变频器随着使用时间的增长，再好的产品也会损坏。国外进口产品正因为是在质量上有较好的口碑，不易出现故障，导致用户对其产品内部的电控系统感到非常神秘，一旦出现故障只能有求于生产厂家，所以在技术上一直比较被动。
　　当今通用变频器一般是由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等模式组成。市场上基本以这种交直交电压型变频器为主。它主要有三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。另外，异步电动机需要制动时，有时要附加“制动回路”。
　　因此“逆变单元”是变频器要将直流功率变换为所要求频率的交流功率的关键器件，以有序的时间控制六个IGBT导通、关断就可以得到三相交流输出。本文以PWM控制方式中市场拥有量最大的交直交变频器进行分析、研究，对经常出现三相输出不平衡故障的原因进行探索及列出对策，主电路见下图：
　　2变频器输出不平衡的原因与处理
　　（一）变频器的逆变器基本工作原理
　　变频器三相（U、V、W）交流输出频率波形质量和电压平衡的程度直接影响电动机调速运行的状态与电动机的使用寿命，同时影响变频器的寿命，正常的变频器，其交流输出的波形应该符合要求和电压平衡，否则引起输出不平衡，如过流、过压、三相负载不平衡等故障出现。
　　逆变器主要是由主电路中的IGBT等功率开关器件构成，给电动机提供电压、频率可变的电源，由控制回路的控制指令进行控制。而控制指令是由CPU主板产生的脉冲信号，通过驱动该脉冲信号的传输电路：先将脉冲信号加到驱动光耦的输入脚，一般在输入信号低电平期间使光耦内部发光二极管发光耦合，输出高电平信号，然后去驱动后置放大电路，提供正向偏流，经两级互补式电压跟随器的功率放大，最后引入IGBT的G极，IGBT开通；在输入信号的高电平期间，当转为负压输出时，也经驱动后置放大电路提供了正向偏流，IGBT截止关断。
　　驱动电路工作状态的正常与否，有着至关重要的作用，它只有一个判断标准：能正常地传输和放大六路驱动脉冲，输出的六路驱动脉冲，应具备符合要求的电压幅度和电流供给能力。否则逆变器工作状态将直接影响三相输出主电路的输出平衡。
　　通过有序的导通与关断六个功率IGBT，则可将直流功率变换为所要频率的交流功率，见图1等效图。
　　图1中，S1-S6组成了桥式逆变电路，IGBT工作必须经逆变PWM脉冲传输驱动电路。其PWM脉冲传输电路一般由CPU输出的PWM信号、驱动器/反相器电路、光耦、驱动功率电路等部分组成。这六个IGBT通过驱动电路，将主控电路中CPU产生的六个PWM信号，经光电隔离和放大后，通过有序控制为逆变电路的换流器件（IGBT模块）提供驱动信号。经过驱动电路后通过有序控制IGBT的导通与关断，使其导通与关断时波形保持一致，这对输出电压的平衡尤其重要。
　　图2是驱动IGBT栅极的典型电路图之一。
　　从主板过来的PWM脉冲信号，通过光电耦合器模块产生信号，加到IGBT的栅极，使栅极驱动电路开启，输出一个15V的正栅极电压。这个值足够使IGBT饱和，并使导通损耗最小。当栅极电压处于零时，为了保证IGBT可靠关断，需要在栅极施加个一个关断的反向偏压，而应用推挽式放大电路来提高输出电流的能力，去匹配IGBT驱动要求，以保证IGBT的开通关断过程按时按序。
　　（二）变频器输出不平衡原因分析
　　在与企业的合作交流中，在保护检测电路、负载正常情况下，U、V、W三相输出不平衡主要可分为两种情况：
　　1、当电机抖动，用万用表测其三相输出电压是否平衡，如不平衡有可能是IGBT模块损坏。IGBT模块损坏的原因有多种，首先是外部负载发生故障而导致IGBT模块的损坏，其次驱动电路老化也有可能导致驱动波形失真，此时驱动电路一般都有问题，查找相应的光耦、对管、稳压管、电解电容等元件。
　　2、变频器操作面板显示输出缺相或报三相负载不平衡故障时，我们可以通过万用表测量U、V、W对P之间的电压比较，查找出哪相电压不一致，然后用示波器和万用表进一步确认导致这路驱动电压和驱动信号波形不正常的原因。
　　（三）变频器三相输出不平衡的处理
　　总之，解决以上情况的步骤是先检查六路驱动电路电压是否正常，如哪路电压不正常，再检查相关的电解电容、光耦等，最后用示波器检查六路波形是否符合技术要求，六路波形一致则三相输出不平衡问题也就解决了。
　　1：考虑到推挽式输出触发电路中的电解电容一直处在脉冲高频的工作环境下，在使用了几年后其寿命终结期也快到了，再者电容异常引起波形失真的几率较高，为了更有把握，可以把所有起平滑作用的电容全部更换。
　　2：当逆变模块损坏时，驱动信号电路、驱动电源也会出现不同程度的损坏。先需确定驱动电路令其正常输出六路脉冲信号后，再更换逆变模块。
　　3：用示波器检查有关IGBT的驱动波形，这是用V-695示波器测出的驱动IGBT正常波形，这个值足够使IGBT的导通与关断，此为最直观检查IGBT逆变工作是否正常的手段，波形正常，则输出必平衡。
　　通过对变频器三相输出不平衡的原因的分析、研究，发现驱动信号及传输电路对IGBT有着至关重要的作用，驱动信号的不良直接导致逆变电路的不正常。
　　IGBT驱动信号电路是保障整台变频器正常运行的关键，维修时一定要做到胆大心细，不能盲目的检修。虽在检修第一台变频器的三相输出不平衡故障时，花费了大量的时间和精力去分析探索电路的工作原理，但是通过一次次故障维修逐渐积累了第一手难得的资料，为今后维修各种品牌的变频器提供了参考依据。
　　[1] 张选正 史步海.变频器故障诊断与维修.电子工业出版社，2008年4月
　　[3] 张连春.低频电路原理.电子工业出版社，1998年1月第一版

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