【導讀】IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型晶體管
，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的複合全控型電壓驅動式功率半導體器件
， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方麵的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大
，但驅動電流較大
；MOSFET驅動功率很小，開關速度快
，但導通壓降大
，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點
，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用於直流電壓為600V及以上的變流係統如交流電機
、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

IGB模塊原理電路分析

IGBT模塊有三個端子，分別是G，D
，S，在G和S兩端加上電壓後


，內部的電子發生轉移（半導體材料的特點

，這也是為什麼用半導體材料做電力電子開關的原因），本ben來lai是shi正zheng離li子zi和he負fu離li子zi一yi一yi對dui應ying，半ban導dao體ti材cai料liao呈cheng中zhong性xing，但dan是shi加jia上shang電dian壓ya後hou，電dian子zi在zai電dian壓ya的de作zuo用yong下xia，累lei積ji到dao一yi邊bian，形xing成cheng了le一yi層ceng導dao電dian溝gou道dao，因yin為wei電dian子zi是shi可ke以yi導dao電dian的de，變bian成cheng了le導dao體ti。如ru果guo撤che掉diao加jia在zaiGS兩端的電壓
，這層導電的溝道就消失了，就不可以導電了，變成了絕緣體。

若在IGB模塊T的柵極和發射極之間加上驅動正電壓，則MOSFET導通
，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態而使得晶體管導通;若IGBT的柵極和發射極之間電壓為0V，則MOSFET截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。

由此可見，IGBT模塊在依照我們國內的技術也可能沒有達到市場的一般
，我國的IGBT模塊依然是依賴進口滿足市場。

變頻器IGBT模塊常見故障處理

變頻器由主回路、電源回路、IGBT驅動及保護回路、冷(leng)卻(que)風(feng)扇(shan)等(deng)幾(ji)部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)。其(qi)結(jie)構(gou)多(duo)為(wei)單(dan)元(yuan)化(hua)或(huo)模(mo)塊(kuai)化(hua)形(xing)式(shi)。由(you)於(yu)使(shi)用(yong)方(fang)法(fa)不(bu)正(zheng)確(que)或(huo)設(she)置(zhi)環(huan)境(jing)不(bu)合(he)理(li)
，將(jiang)容(rong)易(yi)造(zao)成(cheng)變(bian)頻(pin)器(qi)誤(wu)動(dong)作(zuo)及(ji)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)，或(huo)者(zhe)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)預(yu)期(qi)的(de)運(yun)行(xing)效(xiao)果(guo)。為(wei)防(fang)患(huan)於(yu)未(wei)然(ran)，事(shi)先(xian)對(dui)故(gu)障(zhang)原(yuan)因(yin)進(jin)行(xing)認(ren)真(zhen)分(fen)析(xi)尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)。

1

、主回路常見故障分析

主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器

、濾波電容器

、IGBT逆變橋、限流電阻
、接(jie)觸(chu)器(qi)等(deng)元(yuan)件(jian)組(zu)成(cheng)。其(qi)中(zhong)許(xu)多(duo)常(chang)見(jian)故(gu)障(zhang)是(shi)由(you)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)引(yin)起(qi)。電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)的(de)壽(shou)命(ming)主(zhu)要(yao)由(you)加(jia)在(zai)其(qi)兩(liang)端(duan)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)和(he)內(nei)部(bu)溫(wen)度(du)所(suo)決(jue)定(ding)，在(zai)回(hui)路(lu)設(she)計(ji)時(shi)已(yi)經(jing)選(xuan)定(ding)了(le)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)型(xing)號(hao)，所(suo)以(yi)內(nei)部(bu)的(de)溫(wen)度(du)對(dui)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)壽(shou)命(ming)起(qi)決(jue)定(ding)作(zuo)用(yong)。因(yin)此(ci)一(yi)方(fang)麵(mian)在(zai)安(an)裝(zhuang)時(shi)要(yao)考(kao)慮(lv)適(shi)當(dang)的(de)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)，另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)可(ke)以(yi)采(cai)取(qu)措(cuo)施(shi)減(jian)少(shao)脈(mai)動(dong)電(dian)流(liu)。采(cai)用(yong)改(gai)善(shan)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)的(de)交(jiao)流(liu)或(huo)直(zhi)流(liu)電(dian)抗(kang)器(qi)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)脈(mai)動(dong)電(dian)流(liu)

，從(cong)而(er)延(yan)長(chang)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)壽(shou)命(ming)。

在電容器維護時，通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況，當靜電容量低於額定值的80%
，絕緣阻抗在5MΩ以下時
，應考慮更換電解電容器。

2、主回路典型故障分析

故障現象：變頻器在加速、減速或正常運行時出現過電流跳閘。

洛(luo)陽(yang)變(bian)頻(pin)器(qi)銷(xiao)售(shou)首(shou)先(xian)應(ying)區(qu)分(fen)是(shi)由(you)於(yu)負(fu)載(zai)原(yuan)因(yin)，還(hai)是(shi)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)原(yuan)因(yin)引(yin)起(qi)的(de)。如(ru)果(guo)是(shi)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)故(gu)障(zhang)，可(ke)通(tong)過(guo)曆(li)史(shi)記(ji)錄(lu)查(zha)詢(xun)在(zai)跳(tiao)閘(zha)時(shi)的(de)電(dian)流(liu)，超(chao)過(guo)了(le)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)或(huo)電(dian)子(zi)熱(re)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)設(she)定(ding)值(zhi)，而(er)三(san)相(xiang)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)是(shi)平(ping)衡(heng)的(de)
，則(ze)應(ying)考(kao)慮(lv)是(shi)否(fou)有(you)過(guo)載(zai)或(huo)突(tu)變(bian)
，如(ru)電(dian)機(ji)堵(du)轉(zhuan)等(deng)。在(zai)負(fu)載(zai)慣(guan)性(xing)較(jiao)大(da)時(shi)，可(ke)適(shi)當(dang)延(yan)長(chang)加(jia)速(su)時(shi)間(jian)，此(ci)過(guo)程(cheng)對(dui)變(bian)頻(pin)器(qi)本(ben)身(shen)並(bing)無(wu)損(sun)壞(huai)。若(ruo)跳(tiao)閘(zha)時(shi)的(de)電(dian)流(liu)

，在(zai)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)或(huo)在(zai)電(dian)子(zi)熱(re)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)設(she)定(ding)範(fan)圍(wei)內(nei)，可(ke)判(pan)斷(duan)是(shi)IGBT模塊或相關部分發生故障。首先可以通過測量變頻器的主回路輸出端子U、V、W，分別與直流側的P

、N端子之間的正反向電阻
，來判斷IGBT模塊是否損壞。如模塊未損壞，則是驅動電路出了故障。如果減速時IGBT模塊過流或變頻器對地短路跳閘
，一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅動電路故障；而加速時IGBT模塊過流
，則是下半橋的模塊或其驅動電路部分故障，發生這些故障的原因，多是由於外部灰塵進入變頻器內部或環境潮濕引起。

3、控製回路故障分析

控製回路影響變頻器壽命的是電源部分

，是平滑電容器和IGBTdianlubanzhongdehuanchongdianrongqi，qiyuanliyuqianshuxiangtong，danzhelidedianrongqizhongtongguodemaidongdianliu
，shijibenbushouzhuhuilufuzaiyingxiangdedingzhi，guqishoumingzhuyaoyouwenduhetongdianshijianjueding。youyudianrongqidouhanjiezaidianlubanshang，tongguoceliangjingdianronglianglaipanduanliehuaqingkuangbijiaokunnan，yibangenjudianrongqihuanjingwenduyijishiyongshijian
，laituisuanshifoujiejinqishiyongshouming。

電源電路板給控製回路
、IGBTqudongdianluhebiaomiancaozuoxianshibanyijifengshandengtigongdianyuan，zhexiedianyuanyibandoushicongzhudianlushuchudezhiliudianya

，tongguokaiguandianyuanzaifenbiezhengliuerdedaode。yinci，mouyiludianyuanduanlu，chulebenludezhengliudianlushousunwai
，haikenengyingxiangqitabufendedianyuan，ruyouyuwucaozuoershikongzhidianyuanyugonggongjiediduanjie，zhishidianyuandianlubanshangkaiguandianyuanbufensunhuai，fengshandianyuandeduanludaozhiqitadianyuanduandiandeng。yibantongguoguanchadianyuandianlubanjiubijiaorongyifaxian。

邏輯控製電路板是變頻器的核心，它集中了CPU

、MPU、RAM、EEPROM等大規模集成電路，具有很高的可靠性
，本身出現故障的概率很小，但有時會因開機而使全部控製端子同時閉合，導致變頻器出現EEPROM故障

，這隻要對EEPROM重新複位就可以了。

IGBT電路板包含驅動和緩衝電路
，以及過電壓、缺相等保護電路。從邏輯控製板來的PWM信號
，通過光耦合將電壓驅動信號輸入IGBT模塊，因而在檢測模快的同時，還應測量IGBT模塊上的光耦。

4、冷卻係統

冷卻係統主要包括散熱片和冷卻風扇。其中冷卻風扇壽命較短，臨近使用壽命時

，風扇產生震動
，噪聲增大最後停轉，變頻器出現IGBT過熱跳閘。冷卻風扇的壽命受陷於軸承
，大約為10000～35000h。當變頻器連續運轉時，需要2～3年更換一次風扇或軸承。為了延長風扇的壽命
，一些產品的風扇隻在變頻器運轉時而不是電源開啟時運行。

5、外部的電磁感應幹擾

洛luo陽yang變bian頻pin器qi銷xiao售shou如ru果guo變bian頻pin器qi周zhou圍wei存cun在zai幹gan擾rao源yuan
，它ta們men將jiang通tong過guo輻fu射she或huo電dian源yuan線xian侵qin入ru變bian頻pin器qi的de內nei部bu，引yin起qi控kong製zhi回hui路lu誤wu動dong作zuo
，造zao成cheng工gong作zuo不bu正zheng常chang或huo停ting機ji，嚴yan重zhong時shi甚shen至zhi損sun壞huai變bian頻pin器qi。減jian少shao噪zao聲sheng幹gan擾rao的de具ju體ti方fang法fa有you：變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控製線圈上，加裝防止衝擊電壓的吸收裝置，如RC浪湧吸收器，其接線不能超過20cm；盡量縮短控製回路的5mm以上，與主回路保持10cm以上的間距；變頻器距離電動機很遠時（超過100m）
，這時一方麵可加大導線截麵麵積，保證線路壓降在2%以(yi)內(nei)，同(tong)時(shi)應(ying)加(jia)裝(zhuang)變(bian)頻(pin)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)抗(kang)器(qi)，用(yong)來(lai)補(bu)償(chang)因(yin)長(chang)距(ju)離(li)導(dao)線(xian)產(chan)生(sheng)的(de)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)。變(bian)頻(pin)器(qi)接(jie)地(di)端(duan)子(zi)應(ying)按(an)規(gui)定(ding)進(jin)行(xing)接(jie)地(di)，必(bi)須(xu)在(zai)專(zhuan)用(yong)接(jie)地(di)點(dian)可(ke)靠(kao)接(jie)地(di)
，不(bu)能(neng)同(tong)電(dian)焊(han)、動力接地混用；變頻器輸入端安裝無線電噪聲濾波器，減少輸入高次諧波，從而可降低從電源線到電子設備的噪聲影響
；同時在變頻器的輸出端也安裝無線電噪聲濾波器

，以降低其輸出端的線路噪聲。

變頻器IGBT模塊檢測方法

1、判斷極性

首先將萬用表撥在R×1KΩ擋，用萬用表測量時，若某一極與其它兩極阻值為無窮大，調換表筆後該極與其它兩極的阻值仍為無窮大
，則判斷此極為柵極（G ）其餘兩極再用萬用表測量，若測得阻值為無窮大
，調換表筆後測量阻值較小。在測量阻值較小的一次中
，則判斷紅表筆接的為集電極（C）;黑表筆接的為發射極（E）。

2
、判斷好壞

將萬用表撥在R×10KΩ擋，用黑表筆接IGBT 的集電極（C），紅表筆接IGBT 的發射極（E），此時萬用表的指針在零位。用手指同時觸及一下柵極（G）和集電極（C）
，這時IGBT 被觸發導通，萬用表的指針擺向阻值較小的方向，並能站住指示在某一位置。然後再用手指同時觸及一下柵極（G）和發射極（E），這時IGBT 被阻斷，萬用表的指針回零。此時即可判斷IGBT 是好的。

3、檢測注意事項

任何指針式萬用表皆可用於檢測IGBT。注意判斷IGBT 好壞時，一定要將萬用　表撥在R×10KΩ擋，因R×1KΩ擋以下各檔萬用表內部電池電壓太低，檢測好壞時不能使IGBT 導通，而無法判斷IGBT 的好壞。此方法同樣也可以用於檢測功率場效應晶體管（P-MOSFET）的好壞。

變頻器IGBT模塊的靜態測量

變頻器所用IGBT模塊為七單元一體化模塊（型號為FP15R12KE3G），即三單元整流、三單元逆變和一單元製動。自帶模塊溫度自檢單元。用萬用表的二極管檔測量。

FP15R12KE3G模塊實物圖

1、整流橋的靜態測量

三相橋式整流電氣原理圖見圖，測量方法同普通二極管，詳見第二章第二節相關內容。整流單元測量參考數據見表1.1。

1.1.2三相橋式整流和IGBT電氣原理圖

2
、逆變續流二極管的靜態測量

逆變單元電氣原理圖見圖1.1.2，測量方法同普通二極管。一般情況下
，可通過測量IGBT的續流二極管判斷其損壞情況，數據參考表1.1.3。

3、製動單元的靜態測量

製動單元原理圖見圖1.1.3。

圖中BRK為製動觸發端。根據使用環境，用戶可在端子P和PB之間接製動電阻

，電阻規格的選取參考KVFC+係列變頻器用戶手冊

，此處不再贅述。

圖1.1.3 製動單元電氣原理圖

表1.1 七單元IGBT測量參考值

快速測量模塊小技巧：放在P端子上的表筆不動
，另一表筆分別測量R、S
、T

、PB
、U、V
、W、N，再對照上表中的參考數值
，判斷其正常與否。實際測量的數值在與表中的範圍或差距別不大即算正常。見圖1.1.4。

來源：網絡（僅供學習 侵刪）

圖1.1.4IGBT測量過程及結果

來源：可靠性技術交流

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