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变频器的故障检测与保护电路


2017-04-28 10:22   点击:39
                        

变频器电路中林林总总的各种故障检修电路,只有一个指向和目的——在变频器面临异

常工作状态时,采取停机或其它保护措施,尽最大可能保护IGBT模块的安全。

    究竟有哪些因素会影响乃至危及IGBT模块的安全呢?

    1、电压因素:

    (1)IGBT模块的供电电压过高时,将超出其安全工作范围,导致其击穿损坏;

    (2)供电电压过低时,使负载能力不足,运行电流加大,运行电机易产生堵转现象,危及IGBT模块的安全;

    (3)供电电压波动,如直流回路滤波(储能)电容的失容等,会引起浪涌电流及尖峰电压的产生,对IGBT模块的安全运行产生威胁;

    (4)IGBT的控制电压——驱动电压低落时,会导致IGBT的欠激励,导通内阻变大,功耗与温度上升,易于损坏IGBT模块。

    2、电流因素:

    (1)过流,在轻、中度过流状态,为反时限保护区域;

    (2)严重过流或短路状态,无延时速断保护;

    3、温度因素:

    (1)轻度温升,采到强制风冷等手段;

    (2)温度上升到一定幅值时,停机保护;

    4、其它因素:

    (1)驱动电路的异常,如负截止负压控制回路的中断等,会使IGBT受误触通而损坏;

    (2)控制电路、检测电路本身异常,如检测电路的基准电压飘移,导致保护动作起控点变化,起不到应有的保护作用。

相对于以上影响或危及IGBT模块的因素,则衍生了下述种类的保护电路。

    1、电压检测电路:

    (1)直流回路电压检测电路,用电阻分压网络直接对直流530V电压采样,或从开关电源次级整流电路间接对直流530V进行采样,由后续电路处理成模拟信号和数字开关量信号。其中模拟量信号用于直流回路的电压显示,输出控制等,而开关量信号用于故障报警、停机保护等;

    (2)有的机型对三相交流输入电压进行检测,借以判断IGBT的供电状态,异常时停机保护

    (3)对驱动供电电压进行监测,常由驱动IC的内部保护电路执行此任务,预防IGBT出现欠激励现象;

    (4)对充电接触器的触点状态进行检测,实际为直流回路电压的辅助检测。

    2、电流检测电路:

    (1)IGBT保护电路,检测IGBT在导通期间的管压降,判断IGBT是否处于过流、短路状态,实施软关断与停机保护措施;

    (2)对三相输出电流进行采样,据过流程度不同,采取不同的保护手段,如降低运行频率、延时停机保护等。

    (3)在逆变模块供电回路串接快熔保险管,实现对逆变模块的短路保护,对快熔管状态的检测;

    (4)个别机型还对直流母线的电流进行采样,异常时采取保护动作;

    (5)个别机型对输出电压/频率进行采样,实施对IGBT的保护。

    3、温度检测电路:

    (1)用温度传感器检测IGBT模块的温度;

    (2)用温度传感器检测IGBT模块的温度,同时检测散热风扇的工作状态。

    除了对IGBT的相关保护外,对其它元器件不需要保护吗?有无相关的故障检测电路呢?

    对整流模块的保护,有的机型提供了用温度传感器形式的超温保护。有的没有。

    有的机型在供电方面,提供了对CPU电路、控制电路的检测和保护,如检测负载电压的高低,在供电异常时,实施停机保护,并报出故障代码;

    CPU本身(配合软件)也有一个供电检测,超出一定范围后,报出相关故障。

    故障检测电路的故障表现为两个方面:

    1、保护功能失效,相关电路故障或变频器工作状态异常时,不能起到正常的保护作用;

    2、电路本身故障,在所保护电路(元件)为正常状态时,误报电路(元件)故障,变频器不能投入正常工作。这就如同“谎报军情”一样,会误导我们的故障判断呀。

    故障信号的存在,会使CPU封锁六路驱动脉冲信号的输出,使我们无法检测驱动电路和逆变模块的正常。故障信号的存在,还可能使CPU做出非常“另类”的举动来。如OC故障信号的存在,使操作面板的所有操作均被拒绝,好像进入了程序死循环一样,会使人误认为CPU故障,而忽视了对驱动电路及逆变输出电路的检查。而实质上是CPU采取的一个防范措施——防止因操作造成进一步严重故障的发生!

    还有一种情况:故障检测电路本身并无故障,但在检修过程中,我们常将CPU主板、电源/驱动板与主电路脱开,单独上电检修,因形不成故障检测电路的检测条件,常使故障检测电路报出相关故障,CPU封锁六路脉冲信号的输出,给检修带来很大的不便。检修线路板故障之前,经常要做的第一项工作,即是采取相应手段,人为提供相关故障检测电路的“正常检测条件”,令CPU判断“整机工作状态正常”,可以根据起、停操作,输出正常的六路驱动脉冲信号,以利于检修工作的开展。

    故障检测与保护电路,本身的故障率是较低的,但在检修过程中,即使故障检测与保护电路状态是完好的,我们仍需要对大部分检测电路动一下“手脚”,屏蔽其检测与报警功能。因而要在电路原理上吃透,知道在什么地方动手脚才能有效,才能让故障检测与保护电路听话,根据维修需要,作出相应的动作。摸对了故障检测电路的“脾性”,故障检测与保护电路,确实能“听”维修人员的话。

    在逆变回路的供电——直流母线回路中串接熔断器,是最为直接的保护方式之一。只要运行电流一旦超过某一保护阀值,保险管熔断,即保护了IGBT的安全。但保险管的熔断值往往要留有一定的余地,负载电路出现的正常情况下的随机性过载,靠快熔保险管来完成这种保护任务,显然是不现实的。快熔保险管所起到的作用,是在严重过流故障状态下熔断,从而中断对逆变电路的供电,避免了故障的进一步扩大。

    由电流互感器检测三相输出电流信号,由运算电路(和数字电路)处理成模拟和开关量信号,再输入到CPU,进行运行电流显示,和根据过载等级不同,进行相关如降低运行频率、报警延时停机、直接停机保护等不同的控制。在危及IGBT安全的异常过载情况下,因传输电路的R、C延时效应,再加上软件程序运行时间,CPU很难在μs级时间内作出快速反应,对IGBT起到应有的保护。

    因而对IGBT最直接和有效的保护任务,落在驱动电路的IGBT保护电路——IGBT管压降检测电路的身上。驱动电路与IGBT在电气上有直接连结的关系,在检测到IGBT的故障状态时,一边对IGBT采取软关断措施,一边将OC故障信号送入CPU,在CPU实施保护动作之前,已经先行实施了对IGBT的关断动作。因而驱动电路起到了IGBT模块“贴身”警卫的作用。

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