变频器主回路中逆变功率模块故障分析

    逆变电路同整流电路相反，逆变电路以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断，将直流电压变换为所要频率的交流电压。逆变电路通常采用IGBT模块（早期生产的变频器为GTR等功率模块），逆变功率模块损坏也是变频器常见的故障。

    大多数情况下逆变功率模块损坏会引起驱动电路中的元器件损坏，驱动电路中最容易损坏的器件是稳压管及光耦。反过来如驱动电路的元器件有问题，如电容漏液、击穿、光耦老化，也会导致逆变功率模块损坏或使输出电压不平衡。中、小型变频器一般采用一组逆变功率模块；大容量的采用多组逆变功率模块并联，故测量检查时应分别逐一进行检测。逆变功率模块损坏将引起变频器显示OC故障信息，并跳停。逆变电路的测试方法如下：

    以六相逆变功率模块为例，将负载侧U、V、W端的导线拆除，使用二极管测试档，红表笔接P（集电极C1），黑表笔依次测U、V、W，万用表显示数值应为最大：将表笔反过来，黑表笔接P，红表笔测U、V、W，万用表显示数值为400Ω左右二再将红表笔接N（发射极E2），黑表笔测U、V、W，万用表显示数值为400Ω左右；黑表笔接P，红表笔测U、V、W，万用表显示数值为最大。各相之间的正、反向特性应相同，若出现差别说明逆变功率模块性能变差。

    用万用表的红、黑两表笔分别测试逆变功率模块的IGBT栅极G与发射极E之间的正、反向特性，两次所测的数值都为最大，这时可判定逆变功率模块的IGBT栅极正常。如果有数值显示，则栅极性能变差。当正、反向测试结果为零时，说明所检测的一相栅极已被击穿短路，栅极损坏时电路板保护门极的稳压管也将击穿损坏。逆变功率模块损坏的原因如下：

   1)逆变功率模块本身质量不好。

   2)外部负载有严重过电流、不平衡、电动机某相绕组对地短路、有一相绕组内部短路、负载机械卡住、相间击穿、输出电路有相间短路或对地短路。

   3)负载上接有电容性的负载或因布线不当对地电容太大，使逆变功率模块中功率开关管有冲击电流。

   4)电网电压太高或有较强的瞬间过电压，造成过电压损坏。

   5)逆变功率模块中功率开关管的过电压吸收电路有损坏，造成不能有效吸收过电压而使逆变功率模块损坏。

   6)滤波电容日久老化，容量减少或内部电感变大，对母线的过电压吸收能力下降，造成母线上过电压太高而损坏逆变功率模块。

   7)变频器内部某组电源，特别是逆变功率模块驱动级的电源损坏，改变了输出值，或两组电源间绝缘被击穿。逆变功率模块的前级光电隔离器件因击穿导致功率器件也击穿，或因印制电路板在隔离器件部位因尘埃、潮湿造成打火击穿，导致逆变功率模块损坏。

   8)不适当的操作或产品设计软件中有缺陷，在干扰和开机、关机等不稳定情况下引起逆变功率模块中上下两功率开关元件瞬间同时导通。

   9)雷击、水入侵、异物进入、检查人员误碰等意外。

   10)前级整流模块损坏，主电路前级进入了交流电，造成逆变功率模块损坏。

   11)修理更换逆变功率模块时，因没有采取静电防护措施，在焊接操作时损坏逆变模块。或因修理中散热、紧固、绝缘等处理不好，导致短时使用就损坏。并联使用的逆变功率模块，在更换时型号、批号不一致，导致各并联元器件电流不均而损坏。

   12)变频器内部保护电路（过电压、过电流保护）的某元器件损坏，失去保护功能。

    只有查到逆变功率模块损坏的根本原因，并首先消除再次损坏的可能，才能更换逆变功率模块。否则，换上去的新逆变功率模块会再损坏。逆变功率模块中的IGBT同绝缘栅场效应晶体管一样要避免静电损坏，在装配焊接中防止损坏的根本措施是，把要修理的变频器、逆变功率模块、电烙铁、操作工作台垫板等全部用导线连接起来，并可靠接地，使得在同一电场电位下，进行操作。特别是电烙铁头上不能带有市电高电位，示波器电源要用隔离良好的变压器隔离。逆变功率模块在未使用前要保持模块中IGBT控制极G与发射极E接通，不得随意去掉元器件出厂前的防静电保护G、E连通措施。

    逆变功率模块与散热器之间涂导热硅脂，保证厚度为0.1~0.25mm，接触面在80%以上，紧固力矩按紧固螺钉大小施加(M413kg/cm、M517kg/cm、M622kg/cm)，以确保逆变功率模块散热良好。再装配时处理好原装配上的各类技术措施，不得简化、省略。例如：输入的双绞线、各电极连接的电阻阻值、绝缘件、吸收板或吸收电容都要维持原样，要对做了修复的驱动印制电路板进行清洁和防止爬电的涂漆处理，以保证绝缘可靠，更不要少装和错装零部件。并联的逆变功率模块要求型号、编号一致，在编号无法一致时，要确保被并联的全部逆变功率模块性能相同。

    判定逆变功率模块的质量也是维修变频器的关键，首先要看逆变功率模块是否被拆开过（看外观痕迹），现在有很多逆变功率模块是维修过的，参数正常但质量很差。耐压值是最重要的参数，可用耐压表测量，输入电压为380V的变频器的逆变功率模块耐压值要大于1000V，220V的耐压值要大于600V。对于IPM模块可用与逆变功率模块相同的方法确认。但是，IPM有半坏半不坏的情况，而这用万用表难以测出，故有下述情况，可认为是IPM故障。

   1)在输出(U、V、W)处于开路状态下运行，因过电流报警显示“0CA”、“0Cn"、“0Cd”故障信息，并停止运行时。

   2)输出电压( U-V、V-W、W-U)是否极端不平衡，输出电压的检测用整流形电压表。

   3)输出电压波形( U-V、V-W、W-U)不正常。

   4)关闭输入电源，在确认充电灯熄灭后，将输出(U、V、W)置于开路，用万用表测量，在发现P+(L、V、W)或N-(U、V、W)间的任意一处，发生短路或断路时。