西门子M440变频器深度维护及改进探究

2021-07-02刘乐翔于韶东蒋大鹏吴晓剑

通信电源技术 2021年5期

刘乐翔，于韶东，蒋大鹏，吴晓剑

（上汽通用东岳汽车有限公司，山东烟台 264006）

0 引言

随着变频器的广泛应用，各行业根据工艺需求安装使用大量的大功率西门子M440变频器。而M440变频器已经停产，许多变频器已进入老化期，故障频发，替代变频器控制方式、接线变化大，成本高。通过分析故障原理进行日常维护及改进升级，能够做到将M440变频器修复如新，保证变频器的可靠运行[1]。

1 变频器原理分析

变频器的故障点主要在电气方面，修复变频器必须精通变频器各电路的工作原理。变频器电路主要由整流回路、逆变回路、驱动电路以及检测回路组成，其中整流回路与逆变回路是变频器故障点最多的电路[2]。

1.1 整流电路原理分析

三相桥式全控整流电路由6个可控硅组成，通过可控硅导通来实现整流过程，导通顺序遵循原则为共阴极连接电位最高者与共阳极连接电位最低者先导通[3]。三相交流电波形如图1所示，从T0到T1时刻，L3相位最高，L2相位最低，所以可控硅VT5与VT6先导通；从T1到T2时刻，L1相位最高，L2相位最低，可控硅VT1与VT6先导通；从T2到T3时刻，L1相位最高，L3相位最低，可控硅VT1与VT2先导通；从T3到T4时刻，L2相位最高，L3相位最低，可控硅VT2与VT3先导通；从T4到T5时刻，L2相位最高，L1相位最低，可控硅VT3与VT4先导通；从T5到T6时刻，L3相位最高，L1相位最低，可控硅VT4与VT5先导通；从T6到T7时刻，L3相位最高，L2相位最低，可控硅VT5与VT6先导通，依次循环。三相之间的相位差是120°，每个可控硅导通相位差为60°，同相两个桥的导通相位差是180°[4]。

图1 三相交流电波形图

1.2 可控硅触发回路分析

可控硅触发回路用于驱动可控硅的导通，是电流驱动信号。将UC3844电源管理芯片当作脉冲发生器来使用，该电路并非开关电源电路，因输出负载是定值，所以不需要调整脉宽和电压反馈信号，固定输出占空比为49%[5]。脉冲变压器主绕组如图2所示。

图2 脉冲变压器主绕组

1.3 逆变电路路原理分析

电路工作时，每相逆变桥分上桥与下桥，每个上桥或下桥都有3组IGBT。每相上桥或下桥的3个IGBT同时工作，但是每相的上桥与下桥不能同时工作。

2 维修案例解析

变频器报警代码是F0001，属于过流报警。过流保护主要是指电流峰值超过了其最大允许电流，具有突变性和反时限特性。

2.1 原因分析

过流报警分软故障与硬故障。软故障是指设置变频器参数时，加速时间设置太短，造成电流过大，引起变频器报警。硬故障报警一般有两个原因，一是变频器输出端短路或者三相不平衡，引起过电流报警；二是电流检测回路出现故障，如互感器、霍尔传感器以及取样电阻等出现问题而引起报警[6]。

2.2 检测方法

对故障变频器进行拆检后，根据报警代码着重检查逆变输出回路功率元件IGBT模块。对IGBT的检测首先使用万用表二极管档检测IGBT是否有击穿现象，检查后发现IGBT状态正常，接下来用低电压检测电路检测，若IGBT工作状态正常，则确定IGBT逆变模块没有损坏。然后检查电流互感器及检测回路，状态正常。根据变频器工作原理判断过流报警的原因是三相电流不平衡造成的，IGBT本身没有击穿短路，检测回路没有问题，有可能是某一逆变桥没有工作造成电流不平衡，可以确定问题出在IGBT的驱动回路上[7]。

对IGBT六路驱动回路依次进行检测时，发现V相下桥5号IGBT驱动回路有异常。变频器IGBT驱动回路如图3所示，5号IGBT由U4光耦输出经R42限流电阻接到5号IGBT的栅极，检测发现R42电阻烧坏，U4光耦6脚输出端接地，D15稳压管击穿。造成原件损坏的原因电源短路造成的，接下来检测光耦供电电源的稳压管D6被击穿，这是造成电源短路的根本原因[8]。