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訪問次數(shù):559更新時間:2018-07-30 12:37:58
西門子CPU224晶體管模塊
驅(qū)動電路輸出的六路驅(qū)動脈沖的電壓幅度都符合要求,如用交流檔測量正向激勵脈沖電壓的幅度約14V左右,負(fù)向截止電壓的幅度約7.5V左右(不同的機(jī)型有所差異),對驅(qū)動電路經(jīng)過以上檢查,一般檢修人員就認(rèn)為可以裝機(jī)了,此中忽略了一個極其重要的檢查環(huán)節(jié)——對驅(qū)動電路電流(功率)輸出能力的檢查!很多我們認(rèn)為已經(jīng)正常修復(fù)的變頻器,在運(yùn)行中還會暴露出更隱蔽的故障現(xiàn)象,并由此導(dǎo)致了一定的返修率。
變頻器空載或輕載運(yùn)行正常,但帶上一定負(fù)載后,出現(xiàn)電機(jī)振動、輸出電壓偏相、頻跳OC故障等。
故障原因:A、驅(qū)動電路的供電電源電流(功率)輸出能力不足;B、驅(qū)動IC或驅(qū)動IC后置放大器低效,輸出內(nèi)阻變大,使驅(qū)動脈沖的電壓幅度或電流幅度不足;C、IGBT低效,導(dǎo)通內(nèi)阻變大,導(dǎo)通管壓降增大。
C原因所導(dǎo)致的故障比例并不高,而且限于維修修部的條件所限,如無法為變頻器提供額定負(fù)載試機(jī)。但A、B原因所帶來的隱蔽性故障,我們可以采用為驅(qū)動增加負(fù)載的方法,使其暴露出來,并進(jìn)而修復(fù)之,從面能使返修率降到低。
IGBT的正常開通既需要幅值足夠的激勵電路,如+12V以上,更需要足夠的驅(qū)動電流,保障其可靠開通,或者說保障其導(dǎo)通在一定的低導(dǎo)通內(nèi)阻下。上述A、B故障原因的實(shí)質(zhì),即由于驅(qū)動電路的功率輸出能力不足,導(dǎo)致了IGBT雖能開通但不能處于良好的低導(dǎo)能內(nèi)阻的開通狀態(tài)下,從而表現(xiàn)出輸出偏相、電機(jī)振動劇烈和頻跳OC故障等。
讓我們從IGBT的控制特性上來做一下較為深入的分析,找出故障的根源所在。
一、IGBT的控制特性:
通常的觀念,認(rèn)為IGBT器件是電壓型控制器件——為柵偏壓控制,只需提供一定電平幅度的激勵電壓,而不需吸取激勵電流。在小功率電路中,僅由數(shù)字門電路,就可以驅(qū)動MOS型絕緣柵場效應(yīng)管。做為IGBT,輸入電路恰好具有MOS型絕緣柵場效應(yīng)管的特性,因而也可視為電壓控制器件。這種觀念其實(shí)有失偏頗。因結(jié)構(gòu)和工藝的原因,IGBT管子的柵-射結(jié)間形成了一個名為Cge的結(jié)電容,對IGBT管子開通和截止的控制,其實(shí)就是Cge進(jìn)行的充、放電控制。+15V的激勵脈沖電壓,提供了Cge的一個充電電流通路,IGBT因之而開通;-7。5V的負(fù)向脈沖電壓,將Cge上的“已充電荷強(qiáng)行拉出來”,起到對充電電荷的快速中和作用,IGBT因之而截止。
假定IGBT管子只對一個工作頻率為零的直流電路進(jìn)行通斷控制,對Cge一次性充滿電后,幾乎不再需要進(jìn)行充、放電的控制,那么將此電路中的IGBT管子說成是電壓控制器件,是成立的。而問題是:變頻器輸出電路中的IGBT管子工作于數(shù)kHz的頻率之下,其柵偏壓也為數(shù)kHz頻率的脈沖電壓!一方面,對于這種較高頻率的信號,Cge的呈現(xiàn)出的容抗是較小的,故形成了較大的充、放電電流。另一方面,要使IGBT可靠和快速的開通(力爭使管子有較小的導(dǎo)通內(nèi)阻),在IGBT的允許工作區(qū)內(nèi),就要提供盡可能大的驅(qū)動電流(充電電流)。對于截止的控制也是一樣,須提供一個低內(nèi)阻(歐姆級)的外部泄放電路,將柵-射結(jié)電容上的電荷極快地泄放掉!
大家都知道電容為儲能元件,本身不消耗功率,稱為容性負(fù)載。但正猶如輸、配電線路的道理一樣,除了電源必須提供容性元件的無功電流(無功功率)外——這使得電源容量變大,無功電流也必然帶來了線路電阻上的損耗(線損)!驅(qū)動電路的功率損耗主要集中在柵極電阻和末級放大管的導(dǎo)通內(nèi)阻上。我們常看到——尤其是大功率變頻器——驅(qū)動電路的輸出級其實(shí)是一個功率放大電路,常由中功率甚至大功率對管、幾瓦的柵極電阻等元件構(gòu)成,說明IGBT的驅(qū)動電路是消耗一定功率的,是需要輸出一定電流的。
而從上述分析可看出:應(yīng)用在變頻器輸出電路的IGBT管子,恰恰應(yīng)該說是電流或說是功率驅(qū)動器件,而不純?yōu)殡妷嚎刂破骷?nbsp;
二、裝機(jī)前后一個檢測內(nèi)容:
為大可能地降低返修率,在對驅(qū)動電路進(jìn)行三、四節(jié)的全面檢測后,不要漏過對驅(qū)動電路的帶負(fù)載能力這樣一個檢查環(huán)節(jié)。
方法如下:
對驅(qū)動電路帶負(fù)載能力的測量電路
上圖為DVP-1 22kW臺達(dá)變頻器的U相上臂的驅(qū)動電路。圖中GU、EU為脈沖信號輸出端子,外接IGBT的G、E極,檢修驅(qū)動板時已與主電路脫離。虛線框內(nèi)為外加測量電路。為電源/驅(qū)動板上電后,配合啟動和停止操作,在m、n點(diǎn)串入直流250mA電流檔,與15Ω3W的外加測量電阻構(gòu)成回路,檢測各路驅(qū)動電路的電流輸出能力,測得啟動狀態(tài),有五路輸出電流值均在150mA左右,其中一路輸出電流僅為40mA,裝機(jī)運(yùn)行后跳OC的故障原因正在于此,該路驅(qū)動電路的驅(qū)動能力大大不足!停機(jī)狀態(tài),測得各路負(fù)電壓供電的電流輸出能力均為50mA左右,負(fù)壓供電能力正常。
串接RC,起到限流作用,其取值的原則:選取電阻值及功率值與柵極電阻相等(上圖中DR45的參數(shù)值),以使檢測效果明顯。
對驅(qū)動電路做過功率輸出能力的檢測,可以確定驅(qū)動電路*正常了。在驅(qū)動電路與主電路連接的試機(jī)過程中,請先以低壓24V直流電源為逆變電路供電,測試驅(qū)動電路和逆變電路正常后,再恢復(fù)逆變回路的正常供電。如手頭無低壓直流電源,起碼應(yīng)在逆變供電回路串接兩只45W燈泡或2A保險管,試機(jī)正常后,才接入逆變電路的原供電!
上述對驅(qū)動電路的上電檢測,是在脫開與主電路(IGBT)的連接后進(jìn)行的,整機(jī)連接狀態(tài)下,不得測量驅(qū)動電路的輸入、輸入側(cè),會因人體感應(yīng)和表筆引入干擾信號,使IGBT受觸發(fā)誤碼導(dǎo)通,造成模塊的炸裂!
驅(qū)動電路輸出能力的不足,由以下兩方面的原因造成:
A、電源供電能力不足,空載情況下,我們檢測輸出正、負(fù)電壓,往往達(dá)到正常的幅度要求,即使帶載(如接入IGBT后)情況下,雖然對Cge的瞬時的充電能力不足,但因充電時間太短,我們往往也測不出供電電壓的低落,不帶上電阻負(fù)載,這種隱蔽故障幾乎不能被檢測出來!電路電路的常見故障為濾波電容失容,如上圖中DC41,因*運(yùn)行中電解電容內(nèi)部的電解液干涸,其容量由幾百微法減小為幾十微法,甚至為幾微法。另外,可能有整流管低效,如正向電阻變大等,也會造成電源輸出能力不足;
B、驅(qū)動IC內(nèi)部輸出電路不良或后置放大器DQ4、DQ10導(dǎo)通內(nèi)阻變大等。如帶載后檢測電源電壓無低落現(xiàn)象,檢測T250輸出電壓偏低,則為T250不良,否則更換DQ4、DQ10等元件。DR40、DR45等阻值變大的現(xiàn)象比較少見。
需要說明的是:正向激勵電壓的不足,只是表現(xiàn)出電機(jī)振動劇烈、輸出電壓偏相、頻繁跳OC故障等現(xiàn)象,雖然有可能使電機(jī)繞組中產(chǎn)生直流成分出現(xiàn)過流狀態(tài),但對模塊構(gòu)不成一投入運(yùn)行信號即爆裂的危害。而負(fù)向截止電壓的丟失(負(fù)壓供電回路的故障造成負(fù)柵偏壓回路阻斷),則表現(xiàn)出上電時正常,一按動啟動按鍵,IGBT逆變模塊便會發(fā)出 “啪”的一聲馬上爆裂的故障!這是為何呢?
三、IGBT截止負(fù)壓丟失后的危害:
除了在全速運(yùn)行下負(fù)載突然短路造成的損壞外,過流、過載、過欠壓等,所有故障的危害性都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于柵偏壓回路開路對IGBT的危害,說到這一點(diǎn),廣大維修人員都會深有體會的——維修人員吃這樣的不應(yīng)該吃的虧是太多了啊。 西門子CPU224晶體管模塊
檢修過程中漏焊了柵極電阻DR45,在裝機(jī)過程中粗心大意間只插好了上臂IBGT1的觸發(fā)插頭,而忘記了連接下臂IGBT觸發(fā)端子,而使IGBT2驅(qū)動信號引入端子被空置,上電后,不投入起動信號,還沒有問題,一旦投入啟動信號,那就毫無商量,模塊壞掉。*的維修工作中,我已經(jīng)養(yǎng)成了一個習(xí)慣:上電后啟動操作前先停一會兒,觀察一下驅(qū)動脈沖輸出端子是否已經(jīng)連接完好。檢查每路都連接完好后,再按下啟動按鍵。我常常覺得這輕輕的一點(diǎn)有千鈞之重啊——驅(qū)動電路與逆變輸出電路都是正常的狀態(tài)下,只漏插了一只驅(qū)動脈沖的信號端子,必會造成IGBT模塊與