变频器维修之一体化功率模块修理方法.pdf

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1、1变频器维修之一体化功率模块修理方法变频器维修之一体化功率模块修理方法一、概述：一体化功率模块，又称为集成式模块，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，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

2、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

3、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

4、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 1.57.5kW 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：图 1 电磁炉功率配件引脚图说明一下，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

5、2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

6、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

7、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 100调整为75或 51。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

8、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。3近几年，有些厂家出于市场竞争的目的，逆变

9、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：图 2 康沃 CVF-G3.7kW 变频器主电路图 2 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。故障实例故障实例 1 1 1 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

10、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 3）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。4图 3 模块内部整流电路损坏后的整流整改电路之一 故障实例故障实例 2 2 2

11、 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

12、。图 4 模块内部整流电路损坏后的整改电路之二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5温度检测电路形式有以下几种：图 5 模块内部温度检测电路的信号电路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 7300PA3.7kW 变频器的模块温度检测电路，逆变模块的两个引脚 T

13、1、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。故障实例故障实例 3 3 3 3 ：一台东元 7300PA3.7kW 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

14、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

15、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。6图 6 模块内部温度检测电路的应急修复 故障实例故障实例 4 4 4 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。图

16、7 模块逆变电路的局部修复电路一 故障实例故障实例 5 5 5 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。图 8 模块逆变电路的局部修复电路二7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。