变频器三相输出不平衡的原因分析及处理

蒋志侨

摘 要：本文以结合机械工况对变频器内部原理进行分析和归纳，提出了三相输出不平衡的常见故障解决思路和方法。

关键词：变频器;触发驱动电路;故障

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.122

1 变频器概述

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。现行变频器，国产的有英威腾、森兰、阿尔法等，进口的有ABB、西门子、三菱、安川、丹佛斯等。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。国外进口变频器的资料少，组装工艺高，一旦出现故障往往只能依靠生产厂家维修，所以在故障处理上一直比较被动。

通用变频器一般是由整流、滤波、逆变、制动、驱动、检测、控制等单元电路组成。其中最主要的功能核心由三部分构成：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”。而“逆变器”是将直流功率变换为所要求频率的关键器件，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控制方式中市场常见的交直交变频器进行分析、研究，对常见的三相输出不平衡故障的原因进行探索并列出对策。

2 三相输出不平衡的原因与处理

2.1 逆变单元电路基本工作原理

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，同时也影响变频器的寿命。正常的变频器，其交流输出的波形应该符合要求，同时电压平衡，否则会出现过流、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饱和导通;在输入信号的高电平期间，IGBT截止关断。

触发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输出信号。

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，使IGBT饱和。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。一般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。

2.2 变频器三相输出不平衡原因分析

在负载正常情况下，三相输出不平衡主要可分为两种情况：

（1）电机出现抖动。用万用表测其三相输出电压是否平衡，如不平衡一般是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，其次驱动电路故障也会导致驱动波形失真。应查找相应的光耦、晶体管、稳压管、电解电容等元器件。

（2）变频器操作面板显示输出缺相或报三相负载不平衡。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。

2.3 变频器三相输出不平衡的处理

解决变频器三相输出不平衡故障的步骤是：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、光耦等是否正常。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，其工作条件较正常状态特殊，与正常情况相比工作寿命更短。再者电容性能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。先需确定驱动电路能正常输出六路脉冲信号后，再更换逆变模块。

（3）建议用示波器检查有关IGBT的驱动波形。这也是最直观检查IGBT逆变工作是否正常的手段，波形正常，则输出必平衡。

3 结论

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功率输出有着至关重要的作用，驱动信号的不良会直接导致逆变电路三相输出不平衡问题，在修复驱动电路后，也就解决了该故障。

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，不能盲目地检修。為保证安全，避免扩大故障，一是要断开末级功率输出电路，二是要在驱动电源端采取限流措施，三是注意组装工艺特别是保证焊接质量。

参考文献：

[1]咸庆信.变频器故障诊断与维修135例[M].中国电力出版社，2013（06）.

[2]张选正，史步海.变频器故障诊断与维修[M].电子工业出版社，2008（04）.