安川616G3型變頻器維修實例

最近檢修一臺安川616G3型55kW變頻器，上電即報GF—接地故障的，檢修過程一波三折，好傷腦筋。也曾上過一些網(wǎng)站搜尋對此故障的分析，好多貼子都反映這個故障比較頑固的，必須換板才能修復(fù)的。換主板還是驅(qū)動板？未說清楚。由于檢修的一度陷入僵局，我?guī)缀跻惨J可這一說法了。

但看安川變頻器保護電路的結(jié)構(gòu)，與其它變頻器其實是一樣的。過流OL1、OL2、OL3故障信號，應(yīng)是電流互感器和后續(xù)電流檢測處理電路報與CPU的；而GF（接地）和OC（負載側(cè)短路）故障信號，應(yīng)為驅(qū)動電路板的保護電路直接饋送CPU的。不同點在于，在啟動初始階段，檢測模塊異常，即報出GF故障。在運行中檢測模塊異常，則報出OC故障。這兩種信號，其實也透出這樣一種信息：啟動初始階段，還未建立起三相輸出電壓，負載尚未運行，此際的故障來源，應(yīng)為變頻器驅(qū)動電路或IBGT模塊本身異常所致；在運行中有異常大的電流出現(xiàn)，跳OC，則為負載側(cè)故障的機率為大。GF和OC故障的區(qū)別和所指，確實是有其道理的。

由CPU自身損壞，造成上電即報GF故障的可能性，是微乎其微的。而GF故障，肯定是由驅(qū)動電路直接報與CPU的。換板，似乎只能是換驅(qū)動板了。更換CPU主板來修復(fù)此故障，不符合邏輯條件呀。此純粹是硬件電路（保護電路）的故障，要是不搞個水落石出，我也覺得不太甘心的。

機器原故障為：三相電源輸入整流模塊有兩塊損壞，六塊逆變IGBT模塊有兩塊損壞。驅(qū)動板受損壞模塊的沖擊，也有一些元件損壞。此機器因某種原因放置了二、三年后，才來我維修部修理。先檢查了主電路，對模塊與電容進行了檢測，對損壞模塊咨詢了貨物來源和價格。然后準(zhǔn)備在修復(fù)驅(qū)動板后，才購回模塊實施修復(fù)。

說一下本機的驅(qū)動和保護電路。

驅(qū)動電路（含模塊故障檢測保護電路）與CPU主板的聯(lián)系，是由15只光電耦合器件來完成的。由CPU來的六路脈沖信號，經(jīng)由六片8腳IC—TLP250隔離和放大，再經(jīng)由兩只三極管組成的功率放大電路，送IGBT模塊觸子；另六片8腳IC—TLP750，則與三極管分立電路配合，組成模塊故障保護電路，向CPU饋送GF和OC信號。還有三片4腳IC—2501(同PC817)，序號為Q5、Q20、Q29，是負責(zé)檢測熔斷器狀態(tài)，并報FU信號給CPU的。本機的逆變輸出電路，每一相IGBT與直流電源N的連接，都串入了一只熔斷器。三片2501光電耦合器的任務(wù)，即是檢測這三只熔斷器狀態(tài)的。

將驅(qū)動板和CPU主板從機器中脫開，單獨檢修。換掉已壞的功率放大電路的四只三極管及損壞電阻，上電，操作面板有顯示，能操作。說明開關(guān)電源與主板大致無問題。依照常規(guī)采取措施，人為解除了過壓、欠壓、過熱、風(fēng)扇、OC等故障報警（即采取相應(yīng)手段滿足上述故障檢測電路的檢測條件），以使驅(qū)動板能輸出六路正常的激勵脈沖，以檢查驅(qū)動電路的好壞。

但作了上述處理后，電路仍然報FU（熔斷器）故障，檢查了Q5、Q20、Q29光耦器件及相屬電路的元器件，都無異常。觀察線路板，部分銅箔條有霉變現(xiàn)象，且從主電路再經(jīng)端子引入的P、N接線的銅箔條，細如發(fā)絲。不但銅箔條有可能霉斷，尤其是此銅箔條上的焊盤過孔處極易產(chǎn)生接觸不良的故障。要注意此點。霉變銅箔條，這往往成為疑難故障的根源。檢查發(fā)現(xiàn)，果然發(fā)現(xiàn)N引線銅箔條有斷裂現(xiàn)象，致使熔斷器檢測電路以為連接N線的熔斷器已斷，故上電后即報出FU故障。將霉變銅箔條用細砂紙打磨后，貼敷一根裸銅線再用焊錫連接后，上電后跳FU的故障排除。

按操作面板RUN鍵，給出運行指令，測驅(qū)動電路輸出的六路脈沖，均正常。停機后，測六路截止負壓，也都在正常范圍以內(nèi)。以為機器已經(jīng)修復(fù)，即打去貨款，將定購的模塊購來。進行裝機試驗了。

裝機試驗，仍跳GF（接地）故障。在線檢查模塊等均無異常。拆下驅(qū)動板重新檢修，測量電路元件都是好的。短接GF故障回饋光耦TLP750，仍跳GF故障代碼。只有短接了控制該光耦的三極管Q3、Q7、Q15、Q21等的發(fā)射結(jié)，才不跳GF故障了。最后檢查發(fā)現(xiàn)，是IGBT管壓降檢測回路的一只二極管D9與銅箔條接觸不良。實際是焊盤過孔與銅箔條有接觸不良現(xiàn)象。又進行了處理。慎重起見，又重新檢查了六路輸出脈沖的電壓幅度和輸出電流情況，檢測中發(fā)現(xiàn)W相上管驅(qū)動脈沖的正電壓偏低，正電流偏?。ū绕渌娐方跣∫话耄隙ù嬖诠收?。查起來可就費了勁了,先后換掉了驅(qū)動對管、濾波電容、穩(wěn)壓管和驅(qū)動光耦等，均無效果。從電路原理分析，同等負載情況下，輸出電壓幅度低，說明存在一定的輸出內(nèi)阻。故障還是在驅(qū)動IC上。用手頭的一片A3320更換后，測輸出脈沖幅度與其它五路的基本一樣了。原驅(qū)動光耦和所換的光耦，有失效現(xiàn)象，輸出內(nèi)阻增大，使輸出能力打了折扣。

以為驅(qū)動板的故障已經(jīng)徹底修復(fù)，裝機試驗。啟動后還是跳GF故障。重又查了一次模塊，感覺故障還是在驅(qū)動板上。又拆下驅(qū)動板，利用故障分區(qū)切割法，縮小故障范圍，查出U上臂IGBT驅(qū)動電路（保護電路）易報出GF故障。這回下了細功夫了，總共也不過十幾個元件，一個一個地排查。當(dāng)表筆無意中觸到模塊檢測輸入電路的二極管D45時，準(zhǔn)確一點地說，是觸到二極管管體上中間的“小圓疙瘩”時，這個“小圓疙瘩”竟然從線路板上滾落了下來。該二極管的封裝形式現(xiàn)在已經(jīng)不多見，像是舊式彩電上行輸出電路中的阻尼二極管，中間是一個“小圓疙瘩”。細看從線路板上留下的引線端面，隱約有一個小黑點。這只二極管的引線早就接觸不良了。但為什么在數(shù)次檢測中沒有測量出來呢？因線路板上表面涂敷有一層絕緣漆，故測量該二極管的引線端時，須在表筆上施加一定的加力，才能測量。在此壓力下，二極管是“是接觸良好”的。而撤去表筆，而又處在接觸不良的狀態(tài)下了。因而這種接觸不良，甚至是很難測量的。另外，當(dāng)驅(qū)動板從主電路上拆除后檢修時，不再承受主回路高電壓的沖擊。接通低電壓回路，強制解除掉GF故障報警功能時，在低電壓狀態(tài)下，其接觸不良引起的“導(dǎo)通內(nèi)阻”便被忽略了。而接入主電路后，這種接觸不良，必定會暴露無遺，導(dǎo)致保護誤送出GF信號，而使變頻器實施保護停機動作。

又一次裝機試驗，啟動仍跳GF接地故障！有點意外，原以為驅(qū)動板已修好，十拿九穩(wěn)地裝機即能正常運行了。無奈之下，在主回路P供電端與逆變模塊之間串接兩只25W燈泡的前提下，將模塊檢測電路的三極管Q3、Q7、Q15、Q21、Q24、Q30的發(fā)射結(jié)全數(shù)短接，解除了電路的故障保護功能。U、V、W三相輸出端全部空置，不接負載。上電啟動，出現(xiàn)一個不同于其它機器的異?，F(xiàn)象：上電后，不投入啟動信號，串接燈泡不亮；投入啟動信號后，燈泡即亮，且亮度較高！照常規(guī)判斷,是啟動后逆變模塊出現(xiàn)了上、下臂IGBT管子的共通現(xiàn)象。不是驅(qū)動電路有異常，即是有模塊存在漏電或短路！將直流供電的電壓全降在燈泡上了。但更為奇怪的是，此時測量三個輸出端，竟也能輸出較高幅值的三相交流電壓，且較為平衡，其中無直流成分！由此也可判斷出：驅(qū)動脈沖電路和輸出模塊應(yīng)該都是正常的。但這種正常又都是畫了問號的正常了。

到底屬于正常還是不正常呢?

單獨檢查和試驗驅(qū)動電路和檢測模塊，確實檢測不出有什么異常。只給一相供電，送入驅(qū)動脈沖后，串接燈泡仍亮。單獨送電三相皆如此，顯然三相模塊回路應(yīng)該都是正常的。

觀察模塊電路結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)模塊上皆裝配有型號為MS1250D225P和MS1250D225N的方形黑色的東西。此為何物？測量判斷，內(nèi)部應(yīng)為一只二極管和一只2uF容量的無極性電容，再配接外接的一只10Ω60W 的電阻，以上元件并聯(lián)于逆變模塊的兩端，應(yīng)是提供模塊的反向電流通路，抑制反壓，保護模塊不被反壓擊穿的阻容保護網(wǎng)絡(luò)。將其拆除后，給出啟動信號，串接燈泡不亮了。燈泡的百毫安左右的電流，原來就是這個東西提供通路的！以一定的功率損耗作為犧牲，來保障IGBT模塊更高的安全性，看來凡事都有其兩面性的。

解決了這個疑問，模塊沒有問題，在啟動運行后燈泡點亮是正常的?？墒怯殖霈F(xiàn)了其它問題：空載啟動后，有時正常有時還是跳GF故障。而最妙的是：有時是在運行和GF故障停機狀態(tài)中不停切換的。既不是停機保護了，也不是一直在輸出中，測輸出也是時有時無的。CPU好像也處于一個矛盾心態(tài)中：可以運行吧？不行。GF故障！好像又可以運行？就這樣來回折騰。這下子有了點安慰，好像能運行了；又有點犯愁，故障更難查了呀。

再將驅(qū)動和模塊電路檢查了一遍，確定都無問題。一共有六路脈沖電路，保護電路也有六路。還是采取“笨法子”，一路一路地解除掉保護信號，判斷是哪路報的GF信號。但奇怪了：只要解除掉其中任一路保護信號，運行中就幾乎不跳GF了！但實在查不出故障所在，查不出到底是哪一路驅(qū)動或模塊不良。好像冥冥中一個“共性”在起作用，但琢磨不出這個“共性”是什么因素？莫非如網(wǎng)絡(luò)上所稱，安川變頻器的GF故障，為疑難的不可解決的？只有換板子才能解決的故障？看其保護電路，與其它品牌變頻器的電路也相似呀，看不出什么特別之處呀。還是下決心要解決這個問題。

怎么也檢查不出問題，腦子里突然閃現(xiàn)了這樣一種觀念：既然六路驅(qū)動和六路模塊都表現(xiàn)了同一個狀態(tài)，如果說這六路都反常了，反而說明這六路都是正常的。應(yīng)該確定此六路驅(qū)動和保護電路都無問題！六只功率模塊同樣也沒有問題！問題肯定出在一個共同原因上，此一原因影響了六路保護電路，使任何一路都會隨機性地報出GF故障。

通常來說,供電異常,算是一個共性的原因,但本例故障中,供電是沒有問題的.那么最大可能,就是一個隨機性的干擾信號在起作用!

將此機器的檢修稍微停頓了一下，放松了一下大腦神經(jīng)，再端詳這臺修理中的變頻器時，忽而被電容器的引線吸引住了：

因該臺變頻器為功率為55kW的中大功率機型，直流回路電容量較大，電容器組安裝在兩塊支撐板上，體積較大。為了維修和檢查方便，故將電容和支撐板搬到機器殼體外，用引線串入燈泡和充電電阻接入到模塊和整流電路上。變頻器體積較大，電容器組的引線較長，中間又串入了兩只燈泡和限流電阻，總引線長度達三、四米。因有了MS1250D225P和MS1250D225N兩個阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，使逆變模塊在空載時也有了輸入電流，這種電流是一種數(shù)千赫茲按載波頻率變化的電流啊。如此長的引線，引線電感肯定是不容忽視的。此回路中的感生電勢和感生電流，影響了模塊故障檢測電路，導(dǎo)致其報出了不規(guī)則的GF信號，使CPU也模棱兩可地判斷不準(zhǔn)了。其它機型的變頻器，因無MS1250D225P和MS1250D225N兩個阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，空載輸出中幾乎沒有輸入電流，因而串接燈泡不亮，也不會有什么干擾信號干擾模塊故障檢測電路。

如果此判斷成立的話，則可進行正式裝機了，正式裝機后，電容器組的引線電感將被限制在容許值內(nèi)，應(yīng)該能正常運行，不再跳這個頑固異常的GF故障了。

如此思考一番后，我果斷地拆除了所有臨時連接線，正式裝機。安川變頻器運行后輸出穩(wěn)定，像一位約會遲到的美女雖然姍姍來遲，但也終于向我宣告了一個“已經(jīng)修復(fù)完畢”的消息。