变频器一体化功率模块的局部修复实例.......
圈子类别：低压变频器
(未知)
2009-9-16 1:43:00
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一、概述：变频器的主电路，是由一只功率模块构成的。集成式模块，通常是指小功率（15kW以下）变频器机型中，其整流与逆变主电路，常采用模块形式封装的功率模块。变频器的主电路，都是由一只功率模块构成的。
这类模块就造价昂贵，动辄几百元，有的甚至上千元，如智能化IPM功率模块。但一般损坏后，虽只是损坏了其中的部分电路，但往往以整体更换为多。在电路发生局部损坏后，将模块废弃确实有些可惜。进行局部修复与代换，显然会大大降低维修成本。本人在数年前即从事过这类一体化模块的局部性修复，有几例是较为成功的，但也有数例是失败的，最终还是又更换了一体化模块。
这种修复方法，我又称之为“省钱的修理方法”，乍看来，确实是大幅度降低了维修成本，形成了较大的利润空间。但实际操作起来，牵扯到方方面面的问题，具有一定的操作难度，也就是我说过的，只能将其作为应急修复手段，并不积极提倡与推广的原因。
降低元件性能指标下的“省钱”的修理，只图一时的低成本，但埋下了更大的故障隐患，是要不得的。储能电容器，单、双管式逆变、整流模块的损坏，坏一只，换一只，也谈不到省钱。CPU主板尤其是CPU本身局部引脚电路的损坏，采取变通手段应急修复之，最好是在不降低电路性能的前提下进行修复，则也不失为“省钱修复”的好方法。整流或逆变电路的局部性损坏，是不是可用分立元件取代，达到降低维修成本的要求？以我个人的维修经验来看，尚不能给出一个明确的结论。
修复损坏严重（模块坏掉）的机器，须事先与用户沟通，最好还是用原器件来修复。如出于维修成本考虑，用分立元件来代用模块，必须先与用户达成共识。
想到用省钱的方法修复集成型模块，是在几年前阅读一本电磁炉维修的书籍时联想到的。用于电磁炉的一些集成整流器件和IGBT管子，其高耐压、大电流特性完全可应用于对变频器集成模块局部损坏的修复。此后，我购买了一些整流桥和IGBT管子等元件，将变频器15kW以下的机型做了几例修复试验，发现7.5kW以下变频器的修复成功率较高，较大功率机型，可能由于购买的IGBT的参数一致性较差，尤其是导通内阻较大。修复后，变频器空、轻载运转正常，但带载时会出现输出偏相、电动机跳动和易跳OC故障等现象。所以此类修复以1.5—7.5kW小功率机型为宜。电磁炉的配件中，整流桥IS2510，额定电流25A，反向耐压1000V，全塑封，可涂覆导热硅脂后，直接攻丝（或用￠2。5mm的钻头打孔，用￠3mm的螺纹钉直接旋入）固定在模块散热器上；IGBT管子25N120，额定电流25A，反向耐压1200V。安装时须在管子与散热器之间加装绝缘片。整流器与IGBT管子引脚图如下：
说明一下，本文只是提出这样一个模块修复方法，供维修中的参考，并不积极提倡集成模块的局部修复，因其有一定的操作难度和较高的返修率，因模块局部损坏，是否会牵连到其它电路，模块内部是否有影响正常运行的其它缺陷？是不好检测和判断的。模块的损坏还是应以原配件更换为主。
二、修复与检测要点：一体化模块的局部修复，有以下特点：
1、整流电路损坏后修复的成功率较高，逆变电路损坏修复的成功率较低一些；
2、只有一只或两只IGBT管子损坏的，修复成功高较高，损坏更为严重的，则修复率降低；
3、模块内部往往内含温度检测、刹车制动开关管等电路，有时也受冲击而损坏，需外加电路，将损坏部分一并修复。
4、所购IGBT单管，多为拆机品，往往通态压降大和驱动性能差，原驱动电路的能力与之不相匹配；
5、有时候要想办法加大驱动能力，但小功率变频器开关电源的驱动能力本身是有限的，所以修复成功率有一定限制。
一体化模块逆变电路的改装（修复）难度远远高于整流电路，改装的成功率也要低一些。还是要采用整体更换为主，局部修复为辅的原则。一个模块，有无可能局部修复，须看模块的损坏程度：
1、观察外观完好，无裂纹和黑线出现。若有裂纹、黑线和变形等，说明内部绝缘物质碳化严重、模块引线端子受损等，必须更换新品了；
2、逆变电路只有一臂IGBT管子，最多是一相电路中的两只IGBT损坏，应保障其余两相IGBT管子的完好。一旦有两相中的IGBT损坏，则应坚决换用新品。
逆变电路的修复会牵涉以下几方面的问题：
1、上、下臂管子的配对，力求参数接近；
2、对IGBT管子容量取得大一些，如3.7kW的变频器，也采用了25N120 25A的管子，管子的驱动电流要比模块内管子的驱动电流可能要大一些。原栅极电阻的阻值要相应调小一些，如从100Ω调整为75Ω或51Ω。该电阻的大小决定了驱动峰值电流的大小和IGBT开通和截止脉冲沿的陡峭度，阻值偏大时，IGBT导通内阻大，会出现三相输出电压不平衡，电机抖动和易跳OC故障；阻值偏小时，产生过激励，也有可能使IGBT损坏。
3、须考虑驱动电路的功率输出容量。加装25N120后，栅极电阻也相应调整，驱动电路则需输出更大的驱动功率，一个措施是将驱动电源的滤波电容的容量加大一些，如将47uF电容换为100uF的，以减小电源输出内阻。但小功率变频器，往往因空间狭小，电源本身的功率富裕量并不是太大，光靠加大驱动电源电容量不能解决根本问题。所以有一相逆变电路损坏，加装两只IGBT管子，改装成功率要高。但用六只IGBT管子将逆变电路整体改装后，往往因驱动电路的驱动能力不足（电源容量不足）而导致修复的失败。耗费了许多工夫，最后还是得更换一体化模块。
试图搭接三相整流桥和三相逆变电路，而将一体化模块整体取代的做法，则存在一定的侥幸心理了。只有极少数的机型改装后能正常运行，多数机型是不行的。不可一味地追求省钱。近几年，有些厂家出于市场竞争的目的，逆变电路也采用六只IGBT管子的。
4、改装后，对IGBT的引线尽量要短些，两根触发线要用双绞线。以减小分布电容和引线电感的影响。
三、修复实例：康沃CVF-G3.7kW变频器主电路如下
整个主电路采用了BSM15HP120一只集成型模块，或称一体化模块。连制动单元电路和温度检测电路都集成在内了。
[故障实例1]：康沃CVF-G3.7kW变频器，运行中听到异常响声，变频器电源输入端连接的16A断路器跳闸，送修。测量R、S、T三相电源输入端，无短路现象，但测量R、P端子，已短路，模块BSM15GP120内部整流电路D1已击穿短路。检测逆变输出电路等，都无异常。只从S、T端子接入380V供电，变频器操作运行等都正常。
询问用户，该变频器拖动1.5kW电动机，负荷较轻。修复方法见图如下：
1、较为偷懒的方法是：变频器与拖动电机功率小，负荷轻，即使单电源供电，也能满足负载要求。将R引线端子至模块的经引线铜箔条切断，只从S、T端子输入电源。模块内部电路四只整流二极管工作，为逆变电路提供直流供电，也是可以满足工作要求的；
2、切断R供电铜箔条，用整流桥元件搭接一整流电路，与模块内部整流电路一起构成三相桥式整流电路。整改电路见下图。模块内部整流电路损坏后的整流整改电路之一如下
[故障实例2]：一台阿尔法ALPHA2000 2.2kW变频器，运行中电源开关跳闸，无法合闸运行，送修。测量R、T、S端子电阻，T、S端子间短路、S、P，T、P之间短路，S、N，T、N之间断路。用户声明，贵了不修，只愿出到300元左右的修复费，修后能使用半年就行。
细致检测模块内部逆变电路部分，和储能电容，没发现什么问题，直接向直流回路送入直流500V供电，做启动运行试验，正常。判断故障只出在模块内部整流电路，又据所测量的内部整流桥的短路和断路情况，决定从外部搭接两片IS2510整流电路，将机器修复。不用单只整流管的目的，是整流桥元件，为片式塑封，并有固定孔，利于工作中的散热和固定。模块内部整流电路损坏后的整改电路之二如下
以上两例功率模块的局部维修，光是修复了整流电路，修复成功率较高。
一体化模块，内含温度检测电路，经两个端子引出模块温度检测信号，当模块内部整流电路或逆变电路损坏时，有可能波及到温度检测电路也同时损坏，也可用外加温度检测电路来实施修复。常见模块温度检测电路形式有以下几种：模块内部温度检测电路的信号电路如下
模块内部由热敏电阻等元件构成模块温度检测电路，输出的是线性电压温度信号。信号输出后有的直接输入CPU引脚，有的经后续温度检测电路进一步处理后，再送入CPU电路。东元7300PA 3.7kW变频器的模块温度检测电路，逆变模块的两个引脚T1、T2为模块温度检测信号输出脚，T2脚直接接地，T1脚接入一只+5V的上拉电阻，电路正常和模块温度在正常范围内时，T1脚电压幅度较低，当模块温度异常上升时，T1脚电压上升至一定幅度后，变频器报出模块过热故障，变频器自动停机。
[故障实例3]：
一台东元7300PA 3.7kW变频器，检查集成型模块局部损坏，进行了相应的修复后，上电，变频器报过热故障。测量T1脚电压为+5V，判断为内部温度检测电路损坏，误输出超温信号，使CPU报出过热故障。试用导线短接T1、T2端子，再上电启动变频器，能正常运行。因模块的其它部分已经修复，因温度检测电路故障即更换模块有些可惜。故加装了下图虚线框内电路，将该台变频器成功修复。本电路虽将温度线性信号变为了温度开关信号，但不影响正常的超温起控。对于变频器上电，散热风扇即投入运行的机器，没有什么影响。需注意的是：若风扇的运转是取快于此路温度检测信号，则改装后，CPU误认为环境和模块温度极低，使风扇不能投入运转。可以短接风扇的控制电路，强制风扇上电即行运转。此种“省钱的”修理方法，只能做为应急修复手段。
当对变频器进行某一电路改动后，可能会同时牵涉到几个环节，要考虑周到，不能贸然下手。不能单求降低维修成本，而埋下更大的故障隐患。“省钱的和应急的修复方法”，仅作为修理中的参考和特殊情况下的应急措施，本人并不提倡将其作为常规“嫌钱”的手段！对于变频器的应急修理，也有个因地制宜的问题，需具体情况具体对待。模块内部温度检测电路的应急修复如下
[故障实例4]：一台康沃CVF-G 3.7kW变频器，上电启动，跳OC故障。将逆变电路的正供电铜箔条从DKD*处切断（参考图2.19），为逆变电路送入直流24V供电，强制切断驱动电路返回CPU的OC信号（具体操作见驱动电路的维修一章），使六路激励脉冲正常加到六只IGBT的触发端子上。检测与判断U相上臂IGBT管子的C、E极间开路。用2只IGBT管子搭接U相电路（虚线框内电路），将一体化模块成功修复。模块逆变电路的局部修复电路一如下
[故障实例5]：一台阿尔法ALPHA2000 5.5kW变频器，测量U、V输出端短路。进一步检测U、V与N之间短路，与P之间正反向电阻正常。判断模块内部的Q2、Q4两只IGBT短路。继而切断逆变电路的供电，送入24V直流电源，检测W相输出正常。阿尔法APHA2000系列变频器，似乎比较适合用分立元件搭接逆变电路，即便是整体改装的成功率也较高。算是一个特例了，这个秘密一般人我不告诉。模块逆变电路的局部修复电路二如下
对逆变电路进行局部修复后，出现较多的问题是：在维修部空载或轻载运行时，表现正常。但现场安装运行时，出现电路机跳动，发出喀楞声，测量三相输出电路不平衡，频跳OC故障等。这是因为所换IGBT管子不良，导通内阻变大，或驱动性能变差造成，也可能为所换IGBT管子个数太多，增大了驱动电源的负担，致使驱动能力不足，所引起的。
对于这种情况，还是快下决心，重新更换一体化模块这宜。要明白这种应急修复方法的局限性，凡事不可太过勉强，该用一体化模块代换的，还是应该采用一体化模块代换。
有时候，不该省的钱就是省不来的呀。听我的没错。