潘文標(biāo)

【摘 要】 變頻器是通過(guò)將工頻電源變換成各種頻率的交流電源的方式來(lái)使機(jī)器變速工作的設(shè)備。變頻器發(fā)展至今已成為一種高科技產(chǎn)品，具有自動(dòng)控制和通訊的能力。變頻器廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，電力電子系統(tǒng)等領(lǐng)域。本文將簡(jiǎn)單的介紹幾種變頻器驅(qū)動(dòng)電路的常見問(wèn)題，并提供其解決方案。

【關(guān)鍵詞】 變頻器 ?驅(qū)動(dòng)電路 ?解決方案

變頻器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展已經(jīng)有一些分支型號(hào)，但現(xiàn)在通用型的變頻器一般都可以分為下面幾個(gè)部分：整流橋、中間直流電路、預(yù)充電電路、逆變橋、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路等。其中驅(qū)動(dòng)電路是變頻器的核心組成部分。變頻器出現(xiàn)的故障有一大部分原因就是變頻器的驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)問(wèn)題，因而了解變頻器驅(qū)動(dòng)電路的故障成因以及維修方法是十分有用的。

1 變頻器驅(qū)動(dòng)電路的常見問(wèn)題

1.1 驅(qū)動(dòng)電路無(wú)輸出

在變頻器出現(xiàn)各種故障時(shí)，要檢查變頻器各個(gè)組成部分有沒有出現(xiàn)問(wèn)題。而在檢查驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)變頻器驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)的故障通常有以下幾種，如驅(qū)動(dòng)電路無(wú)輸出，或驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)偏低。而驅(qū)動(dòng)電路無(wú)輸出的原因主要有開關(guān)電源中的濾波電容器損壞，光藕合器損壞或放大電路損壞等。當(dāng)開關(guān)電源中的濾波電容器損壞時(shí)便會(huì)導(dǎo)致無(wú)電流經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電流，在這種情況下驅(qū)動(dòng)電路自然無(wú)輸出[1]。光藕合器損壞也會(huì)導(dǎo)致這種情況，光藕合器是光藕驅(qū)動(dòng)電路中的重要組成部分，這種驅(qū)動(dòng)的主要模塊便是各種型號(hào)的光藕合器，外圍再輔佐以驅(qū)動(dòng)電源和限流電阻構(gòu)成了最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，因而當(dāng)光藕合器損壞時(shí)，電流輸出便被阻斷了。放大電路作為驅(qū)動(dòng)電路的輸出通道，其損壞驅(qū)動(dòng)電路也同樣無(wú)輸出。

1.2 驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)偏低

驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)偏低是變頻器驅(qū)動(dòng)電路常見的另一種故障。造成這種故障的主要原因有：開關(guān)電源中的濾波電容器老化，電容量減小。穩(wěn)壓二極管老化也是造成驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)偏低的主要原因。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值偏高，便加大了IGBT截止時(shí)的反向電壓，使驅(qū)動(dòng)模塊輸出的平均電壓減小，從而造成驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)偏低[2]。有些時(shí)候還伴隨著變頻器抖動(dòng)或啟動(dòng)報(bào)警器的故障。

2 變頻器驅(qū)動(dòng)電路的解決方案

2.1 變頻器驅(qū)動(dòng)電路的檢查

變頻器的故障以及其產(chǎn)生故障的原因是繁多且雜的，例如元件老化，安裝環(huán)境不良，突然停電，電源電壓沖擊過(guò)大這些因素都有可能使變頻器受到大面積的損壞，驅(qū)動(dòng)器中的大功率模塊損壞時(shí)，例如變頻器大電容后的快熔開路，或者是IGBT逆變模塊損壞，驅(qū)動(dòng)電路基本都不可能完好無(wú)損。所以我們?cè)趯?shí)際維修中一定要先確定驅(qū)動(dòng)電路正常工作，而不能直接換上好的快熔或者IGBT逆變模塊，否則很容易損壞剛換好的器件。在進(jìn)行維修前，對(duì)于變頻器驅(qū)動(dòng)電路的慣例檢查主要有：檢查驅(qū)動(dòng)模塊的輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)模塊的帶負(fù)載能力和驅(qū)動(dòng)電路的通電檢查。檢查驅(qū)動(dòng)模塊的輸出信號(hào)的基本方法是用一個(gè)模擬信號(hào)源，向驅(qū)動(dòng)電路提供4一l0mA的信號(hào)電流，例如可以用一個(gè)20V的穩(wěn)壓電源串聯(lián)一個(gè)5k的電阻，再接上電壓表，就可以得到電壓值，再與標(biāo)準(zhǔn)值比較判斷驅(qū)動(dòng)模塊的輸出信號(hào)是否正常。檢查驅(qū)動(dòng)模塊的帶負(fù)載能力時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)模塊的帶負(fù)載能力是由于IGBT柵一射之間存在結(jié)電容，所以驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端能夠提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流。但實(shí)際上檢查時(shí)通常難以得到結(jié)電容的具體數(shù)據(jù)，因而在測(cè)定驅(qū)動(dòng)模塊的帶載能力時(shí)，也不可以通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)直接判斷驅(qū)動(dòng)模塊的帶負(fù)載能力是否正常。但可以利用驅(qū)動(dòng)模塊是由六個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊獨(dú)立組成的，不大可能同時(shí)損壞的特點(diǎn)，通常采用六個(gè)模塊互相比較的辦法，判斷六個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊是否帶負(fù)載能力都正常。對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的通電檢查也常常通過(guò)六個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)進(jìn)行判斷。檢查當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路接通電源，輸出側(cè)是否有信號(hào)輸出。在不通電的情況下也可以用萬(wàn)用表測(cè)量輸出側(cè)的電阻。另外我們也要了解GTR模塊和IGBT模塊驅(qū)動(dòng)電路的區(qū)別，兩種功率模塊前者為電流驅(qū)動(dòng)，后者則是電壓驅(qū)動(dòng)[3]。

2.2 變頻器驅(qū)動(dòng)電路的維修

變頻器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及智能化的特點(diǎn)使得變頻器驅(qū)動(dòng)電路的維修也具有一定難度以及復(fù)雜性。但籠統(tǒng)來(lái)說(shuō)，變頻器驅(qū)動(dòng)電路的維修主要工作是找到驅(qū)動(dòng)電路故障的原因，再進(jìn)行維修或更換，這需要長(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)的積累。下面介紹一個(gè)變頻器驅(qū)動(dòng)電路的維修上的實(shí)例，此變頻器為安川61665，3.7kW的變頻器，故障現(xiàn)象為三相輸出正常，但在低速時(shí)電動(dòng)機(jī)會(huì)抖動(dòng)，無(wú)法正常運(yùn)行。根據(jù)故障的現(xiàn)狀初步估計(jì)是變頻器驅(qū)動(dòng)電路損壞，首先確定變頻器的故障是否是由變頻器驅(qū)動(dòng)電路損壞造成的，確定后將變頻器打開，將逆變模塊從印刷電路板上卸下，然后檢查驅(qū)動(dòng)電路的通電的通電情況，即使用電子示波器觀察六路驅(qū)動(dòng)電路電流通過(guò)時(shí)的波形是否一致，不一致的驅(qū)動(dòng)電路版塊便是已損壞的，更換上好的驅(qū)動(dòng)電路版塊，然后再用示波器觀察，當(dāng)六路波形一致后，便可裝上IGBT逆變模塊，然后進(jìn)行負(fù)載實(shí)驗(yàn)，抖動(dòng)現(xiàn)象基本消除。若變頻器使用年數(shù)超過(guò)3年，驅(qū)動(dòng)電路的元件很可能發(fā)生老化現(xiàn)象，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)偏低，抖動(dòng)等故障。這種情況下建議將驅(qū)動(dòng)電路的電解電容全部更換。

3 變頻器驅(qū)動(dòng)電路的日常維護(hù)

3.1 變頻器在安裝環(huán)境上的防范措施

變頻器的復(fù)雜構(gòu)造使得其對(duì)于安裝環(huán)境有一定的要求。在不同的環(huán)境中變頻器需要有不同的防范措施。比如在大型工廠的附近，可以采用橡膠或者其他緩振配件的使用來(lái)減少震蕩，將變頻器固定住也可以。而若安裝環(huán)境是在一些潮濕或腐蝕性環(huán)境，則要防止電器元件的因?yàn)樯P、接觸不良或者絕緣度降低而形成短路，另外變頻器要盡量安裝到陰涼處或者是日光直射不到的地方，因?yàn)楦邷貢?huì)造成電子器件壽命及可靠性的降低。同時(shí)也要盡量避開高寒環(huán)境，因?yàn)樵谟幸恍┑貐^(qū)和特殊環(huán)境下的高寒，同樣會(huì)導(dǎo)致變頻器因溫度過(guò)低不能正常工作。

3.2 變頻器在電源系統(tǒng)上的防范措施

在工作時(shí)變頻器經(jīng)常需要在瞬間停電后繼續(xù)運(yùn)行，這便需要變頻器最好有獨(dú)立的線路，以滿足負(fù)載電機(jī)的降速比例，并減少停電狀態(tài)下對(duì)變頻器造成的損壞。同時(shí)一些特殊的運(yùn)行設(shè)備需要采用專用的變壓器對(duì)變頻器供電，這種變頻器在斷電時(shí)可以自動(dòng)切換頻率，同時(shí)也是對(duì)變頻器的一種保護(hù)。在變頻器輸入側(cè)加裝濾波電抗器或多種整流橋回路，降低高次諧波分量，可以避免變頻器過(guò)度發(fā)熱。

3.3 防范電壓沖擊尖峰的措施

防范電壓沖擊尖峰措施的常見做法是在變頻器的輸入端增加一個(gè)壓敏電阻或其他吸收器件，來(lái)保證驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓值，從而減免沖擊電壓造成過(guò)電壓損壞的狀況，但這種壓敏電阻的使用壽命不長(zhǎng)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外開始使用一種吸收網(wǎng)，是在吸收器件的基礎(chǔ)上多加了一個(gè)控制片，采用沖擊形成追加Rc來(lái)抵抗電壓沖擊。比前面單一的電阻更有效且壽命更長(zhǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

如今，變頻器驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)的發(fā)展一日千里，不斷向著高集成化方向發(fā)展，目前已經(jīng)有光耦驅(qū)動(dòng)電路等各種新型驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路的性能與功效也有了足步的發(fā)展。這里所能涉及到的也只是關(guān)于變頻驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)的淺層部分，希望能對(duì)廣大技術(shù)人員和變頻器愛好者有所幫助，也希望從事變頻維修行業(yè)的人能繼續(xù)專研并積累經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]翁維勤，等.過(guò)程控制系統(tǒng)（第二版）.[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.23-25.

[2]汪曉光，等.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.12-13.

[3]德1西門子公司.S7-300系列可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè).2007.3-4.