西門子變頻器MM430（功率110KW）炸機故障維修視頻

PC923是8腳封裝的光耦芯片，一般用于上三橋IGBT的驅動。PC929則為16腳封裝，用于驅動下三橋IGBT，因為PC929帶有IGBT保護電路和OC信號輸出電路，下三橋IGBT發射極Vce共用直流母線的負極，更方便于檢測IGBT導通管壓降，從而實現過流保護和輸出報警信號的任務。

一、運行原理

PC923的相關參數：輸入IF電流5∽20mA，電源電壓15∽35V，輸出峰值電流±0.4A，隔離電壓5000V，開通/關斷時間0.5μs。可直接驅動50A/1200V以下的IGBT模塊。PC923的電路結構同TLP250等相近，但輸出引腳不一樣。5、8腳之間可接入限流電阻，限制輸出電流以保護內部V1、V2三極管。常規應用，是將5、8腳短接，接入供電電源的正極。如果將輸出側引線改動一下，也可以與TLP520、3120等互為代換。

PC929的相關參數與PC923相接近，在電路結構上要復雜的多。1、2腳為內部發光二極管陰極，3腳為發光管陽極，1、3腳構成了信號輸入端。4、5、6、7腳為空端子。輸入信號經內部光電耦合器、放大器隔離處理后經接口電路輸入到推挽式輸出電路。10、14腳為輸出側供電負極，13腳為輸出側供電正端，12腳為輸出級供電端，一般應用中將13、12腳短接。11腳為驅動信號輸出端，經柵極電阻接IGBT或后置功率放大電路。PC929的9腳為IGBT管壓降信號檢測腳，9、10腳經外電路并聯于IGBT的C、E極上。IGBT在額定電流下的正常管壓降僅為3V左右。異常管壓降的產生表明了IGBT運行在過流狀態下。PC929的8腳為IGBT管子的OC（過載、過流、短路）信號輸出腳，由外接光耦合器將故障信號返回給CPU。

PC929內部IGBT保護電路的動作過程：在正常狀態下， 2、3腳輸入脈沖信號電流，11腳相繼產生+16V和-10V的輸出驅動電壓信號。此時PC929的8（FS）腳一直為高電平狀態；當所驅動的IGBT管子流過異常電流時，IGBT的導通管壓降迅速上升，使9腳電壓達到故障報警閥值（7V），PC929內部的IGBT保護電路工作，11腳輸出的正向激勵電壓降低，使IGBT的導通電流下降，同時控制8腳內部的三極管Q3導通，輸出一個低電平的OC故障信號，經外接光耦送入CPU，CPU據過流情況實施保護停機。

在單獨維修電源/驅動板的上電檢測中，因PC929的9、10腳與IGBT模塊脫離，一接受運行信號，8腳即報出OC故障信號，11腳輸出脈沖電壓也被內部IGBT保護電路所嵌制，致使無法測出PC929的工作狀態。需采取相應措施，解除PC929的管壓降檢測功能，強制電路正常工作，達到方便檢測的目的。解除PC929的管壓降檢測功能的具體做法是：將PC929的9腳和10腳短接。這樣即使啟動變頻器來測試輸出波形，也不會報OC故障了。

二、由PC923、929構成的驅動電路

PC923光耦，由CPU主板來的脈沖信號經R66加到3腳，在輸入信號低電平期間，PC923形成由+5V，2、3腳內部發光二極管、信號源電路到地的輸入電流通路，PC923內部輸出電路的V1三極管導通，6腳輸出高電平信號（18V峰值），經R65為驅動后置放大電路的Q10提供正向偏流，Q10的導通將正供電電壓經柵極電阻R91引入到IGBT的G極，IGBT開通；在輸入信號的高電平期間，PC923的3腳也為+5V高電平，因而無輸入電流通路，PC923內部輸出電路的V2三極管導通，6腳轉為負壓輸出（10V峰值），也經R65為驅動后置放大電路的Q11提供了正向偏流，Q11的導通將供電的負10V電壓——IGBT的截止電壓經柵極電阻R91引入到IGBT的G極，IGBT關斷。在待機狀態，PC923的3腳輸入信號一直維持在+5V高電平狀態，則驅動電路一直輸出-10V的截止電壓，加到CN1觸發端子上，IGBT一直維持于可靠的截止狀態上。

PC929驅動IC是兼有對驅動脈沖隔離放大和模塊故障檢測雙重“身份”的。由CPU主板來的脈沖信號從1/2、3腳輸入到PC929內部的光電耦合器，從11腳輸出后，經Q13、Q15兩級互補式電壓跟隨器的功率放大后，引入IGBT2的G極。此為驅動脈沖的信號傳輸電路路；?PC929的9腳為模塊故障檢測信號輸入腳。正常工作狀態下，PC929的11腳輸出正的激勵脈沖電壓，使Q13導通，Q15截止。Q13的導通，將正偏壓加到IGBT2的G極上，IGBT2進入飽合開通狀態。忽略IGBT導通管壓降的話，IGBT2的導通即將U輸出端與負直流供電端N短接起來，提供輸出交流電壓的負半波通路，在導通期間，只要變頻器是在額定電流以內運行，IGBT2的正常管壓降應在3V以下。

管壓降檢測電路中的D24二極管和C48組成消噪電路，以避免負噪聲干擾引起誤碼保護動作。

R91將驅動脈沖引入到IGBT管子的G極，表面看來，這是一只限流電阻，限制流入IGBT管子的驅動（充電）電流，因管子的開通速度越快越好，開通時間越短越好，電阻的阻值就不能太大，以避免與IGBT管子的輸入結電容形成一個較大時間常數的延時電路，這是不希望出現的。但過激勵也會導致IGBT的損壞。此電阻多為Ω級功率電阻，隨變頻器功率的增加其阻值而減小。此電阻還有一個“真名”，叫柵極補償電阻，因為IGBT管子的觸發引線有一定長度，觸發脈沖又是數千赫茲的高頻信號，所以有一定的引線電感存在，而引線電感會引起觸發脈沖的畸變，產生?“電壓過沖”現象，嚴重時會造成IGBT管子的誤開通而造成損壞。接入R82可對引線電感有所補償，盡量使引線呈現電阻特性而不是電感特性，有效緩解引線電感造成的電壓過沖現象。

R92并接于IGBT管子的G、E極間，第一個好處就是，將IGBT管子輸入端的高阻狀態變為低阻狀態。我們新購得的IGBT逆變模塊，出廠前是用短路線將G、E極短接的，這樣萬一有異常電壓（如靜電）加到G、E極時，短路線將很快將此一異常電壓吸收，而避免了IGBT管子因輸入端子遭受沖擊而損壞。電路中并聯R92也有同樣的用處，在一定程度上將輸入的“差分電壓”變為了“共模電壓”，消解了異常輸入電壓的沖擊作用；R92對瞬態干擾有一定的作用，又可稱之為“消噪電阻”；R92并接于IGBT管子的G、E極間，與IGBT的G、E結電容相并聯，此電阻又被稱為“旁路電阻”，將瞬態干擾造成的對G、E結電容的充電電流“旁路掉”，以避免其誤開通。R92又形成了IGBT管子輸入結電容的電荷泄放通路，能提高電荷的泄放速度，對于只采用單電壓供電（無負供電電壓）的驅動電路，此電阻的作用尤其重要。

三、PC923、929構成的驅動電路的檢測方法

1、靜態檢測：

電路處于靜止狀態時，相對于+5V供電的地端，PC923的2、3腳電壓都為5V，直接測量2、3腳之間電壓差為0V；以驅動電源的OV為O電位參考點，CN1觸發引線端子的1線應為-10V。PC923、PC929的脈沖輸出腳和后置放大器的中點電壓都為-10V。??檢測CN1端子的1線為OV，故障原因為：

• 驅動電源穩壓二極管擊穿短路；
• 柵極電阻R91開路。?

檢測CN1端子的1線為+18V左右，故障原因為：

• PC923的后置放大電路中的Q10短路；
• PC923內部輸出電路中的V1短路；
• 檢查PC923的2、3腳如有電壓輸入，如1、2V，故障原因為前級信號電路故障，使PC923形成了輸入電流的通路。

2、動態檢測：

電路靜態時測得CN1端子1線上有正常的-10V截止電壓，及測量各靜態工作點基本正常（其實各檢測點都表現為供電電壓），要進一步檢查動態——對脈沖信號的傳輸能力，驗證電路確無故障或使隱蔽故障暴露出來。

但要注意的是，因為在檢修中電源/驅動板與主電路已經脫開，CN1、CN2觸發端子是空置的，并未接入IGBT，而且在未查明驅動電路是否工作正常之前，也是絕不允許在IGBT接入530V直流供電的情況下，連接驅動電路并檢查驅動電路的故障的。因為IGBT的脫開，驅動電路輸出的脈沖無論正常與否，只要按一下操作面板的起動（FWD）或運行（RUN）按鍵，操作顯示面板即跳出OC故障。原因在于驅動芯片PC929在脈沖信號傳輸期間，PC929的9腳內部電路與外部元件構成的IGBT管壓降檢測電路，因IGBT的未接入（相當于開路），而檢測到極大的管壓降信號，而向CPU報出OC信號，CPU采取了停機保護措施。必須采取相應手段，屏蔽掉驅動電路對IGBT管壓降檢測功能，令CPU正常發送六路脈沖，以利驅動電路的進一步檢修。

丹佛斯FC202 250KW變頻器逆變模塊炸機故障的維修視頻

缺相故障發生在三相電路當中，可能出現在輸入側，也可能出現在輸出側，表現為有一相或多相電壓缺失或異常，導致電流不平衡，影響變頻器或電機的正常工作。

如上圖的R、S、T為輸入側，U、V、W則為輸出側。

二、變頻器缺相的表現與判斷

1. 故障現象：

• 變頻器顯示“缺相”、“輸入電壓低”、“輸出不平衡”等報警信息或相應的故障代碼。
• 電機啟動困難或轉速不穩。
• 電機發熱嚴重。
• 輸出頻率/電流波動大。
• 變頻器頻繁跳閘（如過流、過載保護）。

???當變頻器正常工作時，Udc上的電壓如下圖所示，一個工頻周期內將有6個波頭，此時直流電壓Udc將不會低于470V，對于一個7.5kW的變頻器而言，其C的值大小一般為900uf，當滿載運行時，可以計算出周期性的電壓降落大致為40V，紋波系數不會超過7.5％。而當輸入缺相發生時，一個工頻周期中可能只有2個電壓波頭，且整流電壓最低值為零。此時在上述條件下，可以估算出電壓降落大致為150V，紋波系數要達到30％左右。

由此可以看出，在變頻器輸入缺相后仍在運行時，電容C將被反復大范圍的充電，這種情況很可能導致電容器損壞，而且當負載較重時，還會進一步損壞整流橋，如在送電時就發生缺相，由于單相大電流運行極易造成變頻器燒毀。

2. 檢測方法：

（1）查看變頻器面板上報警信息

（2）使用萬用表測量電壓

• 輸入側測量：
  • 斷電后檢查 R、S、T 三相之間的電阻是否平衡。
  • 通電后測量三相輸入電壓是否一致（通常為 380V~415V，誤差不超過 ±5%）。
• 輸出側測量：
  • 測量 U、V、W 三相輸出電壓是否對稱。

（3）使用鉗形電流表測量電流

• 檢查三相電流是否平衡。
• 若某一相電流明顯偏小或為零，說明該相缺相。

（4）觀察驅動板信號

• 使用示波器觀察 IGBT 驅動信號是否正常。
• 如果某一路無驅動信號輸出，可能是內部模塊或控制電路故障。

3、常見原因分析

然后對變頻器進行上電測試，但是一上電便顯示過電流（OC）故障。檢測U、V、W端子，發現三相電壓無輸出。

重新拆機，對驅動卡進行詳細檢測，該變頻器驅動卡上光耦為PC923和PC929，它們與SN0357配合使用以傳輸OC信號。

查看PC923的相關參數：輸入IF電流5∽20mA，電源電壓15∽35V，輸出峰值電流±0.4A，隔離電壓5000V，開通/關斷時間0.5μs。可直接驅動50A/1200V以下的IGBT模塊。PC923的電路結構同TLP250等相近，但輸出引腳不一樣。5、8腳之間可接入限流電阻，限制輸出電流以保護內部V1、V2三極管。常規應用，是將5、8腳短接，接入供電電源的正極。如果將輸出側引線改動一下，也可以與TLP520、3120等互為代換。

按照原理，PC923的 2、3腳為光電二極管輸入電路，2腳為光電二極管的陽極，3腳為光電二極管的陰極，按常理說，一般2腳常由+5V供電再經穩壓處理給出4V左右的激勵電源，而3腳接CPU的脈沖輸出端，低電平輸出有效，即輸出時從PC923的3腳拉入電流，使二極管導通。有觸發脈沖輸入且頻率較低時，3腳為3V上下的擺動電壓，當頻率上升時，該腳約為此3V電壓逐漸趨于穩定。無輸出時，3腳為4V左右的高電平（同2腳電平值相等）。

但是在實機測量PC923光耦的脈沖輸入引腳時，卻發現3腳的電平高，而2腳電平低。這是導致U、V、W無輸出的關鍵原因。 現在檢測的結果如下：未輸入運行指令時，3腳為0.5V高電平，2腳為接近0V的低電平；當輸入運行指令時，3腳降為0.2V，有高低電平的變化，說明CPU的脈沖已經到達了PC923。開始檢修時走了一個彎路，只注意了高、低電平的變化，并未注意電壓值的大小。顯然是2腳供電電壓的丟失，使 IGBT管得不到激勵脈沖，因而變頻器無輸出電壓。

檢查2腳供電為一只三極管和穩壓管的簡單串聯穩壓電源，三極管基極偏流電阻開路，導致供電電壓為零。更換偏流電阻后，測PC923的2、3腳電壓恢復正常。變頻器接受運行指令后，U、V、W端子有了輸出。

接下來解決通電時持續出現的OC故障。對負責傳輸OC信號的SN0357光耦進行測量，結果顯示輸入側兩個引腳的電壓為零，表明沒有OC信號輸入。同時，光耦輸出側的電壓為0.5V，這是不正常的。在沒有OC信號的情況下，兩個引腳之間的電壓應為5V（一個引腳連接到5V接地電平）。

這說明表明信號輸出引腳上的5V上拉電阻出現了問題，可能已改變或開路。因此，CPU錯誤地將這種情況解釋為從驅動電路接收到了OC信號，從而觸發了警報。在信號輸出引腳與5V電源之間連接一個10k電阻解決了這個問題。隨后的通電測試顯示信號輸出引腳電壓為5V，變頻器不再報OC故障。

以一臺37kW變頻器為例，該變頻器故障現象為：運行當中出現隨機停機現象，可能幾天停機一次，也可能幾個小時停機一次，當停機后重新啟動時，接觸器噠噠跳動，有時會起動失敗，而且操作面板不顯示故障代碼。重復多次后，有時又能啟動成功，并運轉一段時間。

將變頻器從現場拆回，將控制板拆下，將熱繼電器的端子短接，以防進入熱保護狀態不能試機；將充電接觸器的觸點檢測端子短接，以防進入低電壓保護狀態不能試機，但是檢查下來找不到異常，所有功能都是好的。

又將控制板裝回機器，上電試機，起動時充電接觸器噠噠跳動，不能起動。拔掉12CN插頭散熱風扇的連線，為開關電源減輕負載后，情況大為好轉，起動成功率上升。

仔細觀察，起動過程中顯示面板的顯示亮度有所降低，因此判斷故障為開關電源帶負載能力差。

接下來拆下電源/驅動板，送入直流500V維修電源，單獨檢修開關電源電路。該變頻器開關電源電路為單端正激式隔離型開關穩壓電源。電路由分立元件組成，這種電路故障率較低。由開關管和分流控制管構成振蕩和穩壓電路的主干，外圍電路極其簡潔。

進一步檢測發現，開關電源的次級繞組及后續整流濾波電路，各路電源輸出空載時，輸出電壓為正常值。將各路電源輸出加接電阻性負載（如50歐5W電阻），電壓值略有降低；24V接入散熱風扇和繼電器負載后，5V降為 4.7V，此時屏顯及其它操作均正常。但若使變頻器進入啟動狀態，則出現繼電器噠噠跳動，間或出現“直流電壓低”、“CPU與操作面板通訊中斷”等故障代碼，使操作失敗。

測量中，當 5V降為 4.5V以下時，則變頻器馬上會從啟動狀態變為待機狀態。但詳查各電源負載電路，均無異常。

因此分析：控制電源帶負載能力差的判斷是正確的。由于CPU對電源的要求比較苛刻，不低于4.7V時，尚能勉強工作；但當低于4.5V時，則被強制進入“待機狀態”；在4.7V到4.5V之間時，則檢測電路工作，CPU發出故障報警。

接下來，遍查開關電源的相關元器件，竟發現“無一損壞”！無奈之下，試將U1（KA431AZ）的基準電壓分壓電阻之一的R1（5101）并聯電阻試驗，其目的是改變分壓值而使輸出電壓上升。測輸出電壓略有上升，但帶載能力仍差。該機的開關管Q2為高反壓和高放大倍數的雙極型三極管（NPN功率管），型號為QM5HLL-24；Q1為分流控制管，電路對這兩只管子的參數有較嚴格的要求，市場上較難購到。再結合故障現象分析，可能為開關管Q2低效，如β值降低，使TC2儲能下降，電路帶載能力變差；也可能為Q1的工作偏移，對Q2基極電流分流能力過強，使電源帶載能力變差。

但手頭無原型號開關管，用戶催修甚急。試調整電路，將分流調整管的工作點下調，使之降低對Q2基極電流的分流作用，進而提升開關管Q2的導通能力，使TC2儲能增加。試將與電壓反饋光耦串接的電阻R6（330歐）串聯47歐電阻，以減小Q1的基極電流，進而降低其對Q2的分流能力，使電源的帶載能力有所增強。

上電試機，無論加載或啟動操作， 5V均穩定輸出5V，故障排除（此故障排除是采取了權宜之計，應急修復的措施，并未查出和更換故障元件，對故障進行根治）！　　故障推斷：

1. 開關管Q2有老化現象，放大能力下降，Ic值偏低，開關變壓器儲能變小，而使電源帶載能力變差；
2. 分流支路有特性偏移現象，使分流過大，開關管得不到良好驅動，從而使電源帶載能力差。第一種原因可能性大。

附記：以后該臺變頻器又因模塊損壞故障送修，手頭有QM5HLL-24管子，故換掉開關管Q2，將串接47Ω電阻解除，恢復原電路后，開關電源工作正常。說明該機器開關電源電路帶載能力差的故障原因，確系Q2開關管低效所致。

經檢測，變頻器無明顯故障，上電測試直流回路電壓，在輸入電壓為380V時，直流電壓為540V左右（輕載），也正常，檢查不出變頻器故障的具體原因。然后在公司帶負載測試一天也未跳故障。但是回到生產現場，當變頻器滿載運行時，運行一段時間又跳欠電壓故障停機，檢測直流回路電壓，已跌至430V，這說明變頻器確實存在軟故障。

根據故障現象分析，有三個可能故障點：

1. 三相整流電路，富士9000變頻器三相整流電路由六塊100A整流模塊組成。每兩塊相并聯使用。用數字萬用表的二極管擋，測整流橋的正向壓降，發現都在430V( 0.43kV)左右，測其正反向電阻也沒發現問題。由于該款變頻器的整流模塊和逆變模塊在功率上有相當大的余量，因此嫌疑不大。
2. 充電接觸器的主觸點接觸不良，富士9000變頻器采用兩只接觸器并聯，經過檢查也沒發現主觸點有問題。
3. 主回路電解電容的問題， 富士9000變頻器一共有6只儲能電容，每只電容量為8200μF，檢測其容量為8000 - 8300μF之間。然后從調壓器送入可調三相電源。

經過以上檢查，仍未發現故障，但判斷還是電容的嫌疑最大， 雖然電容測試容量是滿足要求的。但本機故障表現，又確實表現為儲能電容的容量下降，起不到應有的儲能作用，而使直流回路的電壓下降，導致電壓檢測電路報出欠電壓故障。

此類故障往往又較為隱蔽， 尤其是大功率變頻器中的電容，運行多年后，其引出電極常年累月經受數百赫茲的大電流充、放電沖擊，出現不同程度的氧化現象，用電容表測量，容量正常；用萬用表測量，也有鮮明的充、放電現象，反向漏電流阻值也在容許范圍內，但接在電路中，則因充、放電內阻增大，相當于電容充、放電回路串接了一定阻值的電阻 。主要體現在兩個方面：

• 能量存儲不足：在電源電壓出現短暫下降或負載突然增大的情況下，正常容量的主電容能夠依靠其存儲的能量來維持直流母線電壓的穩定。然而，容量下降的主電容無法存儲足夠的能量，導致直流母線電壓迅速降低。
• 濾波能力減弱：這會使直流母線電壓中的紋波成分增加，進一步影響電壓的穩定性。當電壓下降到變頻器設定的欠電壓閾值時，就會觸發欠電壓故障

最后維修方案是購買6只8200μF 400V優質電解電容，將該機儲能電容全部更換，檢測測直流回路電壓，帶載情況下，主回路電壓達到520V以上，試機一段時間后一切正常，修復成功。

知道了這些原因，那么在檢測時就可以針對性的進行分析：

首先：測量變頻器的電源電壓， 以排除電源方面的原因；

其次：變頻器上電運行， 測量主電路的P、N 端子的直流電壓值， 正常值約為500V 以上， 若測量值正常， 說明為變頻器直流電壓檢測電路誤報故障， 應檢修電壓檢測電路

最后：如果測量直流電壓值較低（500V 以下）， 說明為變頻器主電路方面的原因。需要進一步檢查兩個方面：

1. 對充電接觸器和充電電阻進行檢查，除了用萬用表電阻檔測量啟動電阻阻值是否正常外，還要目視觀察接觸器觸點是否有燒灼的現象。如果接觸器運行中因接觸不良形成跳火， 造成主觸點燒灼，會導致充電接觸器的主觸點虛接。
2. 檢查主電容器的容值，一般在標稱容值的15%之內，電解液逐漸干涸會導致電容量減小，另外，還要目視是否有漏液，鼓包等現象，一般主電容超過10年后，出現故障的概率就會非常高。

首先根據設備的新舊，新應用還是老應用來做初步排查。

1、新設備或應用故障往往出現在選型不當，參數設置錯誤，外圍因素等方面

1. 選型不當。 例如，變頻器報過電流故障，需詢問客戶電機拖動的負載情況（重載或輕載）、是否超海拔使用以及環境溫度是否超出設計要求等，以排除選型問題，再檢查電機、電纜、負載過重等。
2. 參數設置。以變頻器報過電流故障為例，當載波頻率參數設置大于 4kHz 時，會導致輸出電流下降，載波頻率越高，輸出電流越小，越易發生過電流故障。
3. 例如， 變頻器報電機過溫故障或過載故障，與電機數據的設置密切相關，特別是電機額定值的設置，這與變頻器檢測的電機負載過載率有關。額定電流數據設置過小，會導致變頻器檢測到負載率過大，從而引發過負載故障或電機溫度升高過快、電機溫度過高故障而停機。
4. 外圍因素。
   舉例 1：電源缺相，會導致變頻器報缺相故障。
   舉例 2：電機電纜接地或繞組接地，會引發變頻器輸出接地故障。
   舉例 3：外圍傳感器或傳感器接線問題，會導致 PID 控制失效。
   舉例 4：外圍給定信號失效或啟動信號失效，會導致變頻器不運行。
   舉例 5：電機負載過重，會導致電機轉速上不去。

2、老設備則往往和內部部件損壞相關

• 舉例 1：如內部整流器件損壞，會引發變頻器報缺相故障。
• 舉例 2：電源充電電阻燒毀會導致控制面板無顯示。
• 舉例 3：內部開關電源失效會導致控制面板無顯示。

可以看出，變頻器的故障多種多樣，解決問題的方法也各不相同。關鍵是要根據問題的本質找到最合適的解決方案，這才是正確的思路。