Как прозвонить igbt транзистор мультиметром: Как проверить IGBT транзистор, принцип работы IGBT.

Практические аспекты силовой электроники: как проверить модуль

Производственные испытания SEMIKRON

Все силовые полупроводниковые модули, производимые компанией SEMIKRON, проходят полный цикл заводских испытаний, подтверждающих их функциональность и соответствие техническим спецификациям. Прямые (параметры проводимости) и обратные (блокирующие свойства) характеристики проверяются с помощью специального испытательного оборудования, способного обеспечить соответствующий номинальный ток и напряжение модуля (сотни и тысячи ампер, тысячи вольт). Высоковольтные тесты делаются для подтверждения целостности изоляции между токонесущими и заземляемыми частями модулей (например, между силовыми выводами и базовой платой). Подобные испытания, выполняемые на предприятиях-изготовителях, исключают необходимость во входном контроле.

Входной контроль

Некоторые заказчики предпочитают проводить входную проверку компонентов перед их установкой в оборудование. Такое решение может быть спровоцировано предыдущим негативным опытом: низким качеством получаемых от поставщика компонентов или мнением, что подобная проверка может снизить частоту отказов готовой продукции. К сожалению, входные тесты часто проводятся с использованием примитивного низковольтного оборудования, неспособного обеспечить необходимые электрические режимы, оговоренные в технических спецификациях. В лучшем случае это приводит к отбраковыванию исправных деталей, а в худшем — к их повреждению. Типичным примером безграмотной процедуры является проверка омического сопротивления переходов диодов и тиристоров вместо контроля тока утечки при повышенном напряжении и температуре.

Гораздо лучше решать проблемы качества с производителем комплектующих и выполнять производственные испытания готового оборудования, подтверждающие в том числе соответствие характеристик компонентов в составе изделия.

Устранение неполадок и тестирование компонентов в полевых условиях

Что делать в случае, когда изделие, содержащее мощный преобразователь, выходит из строя в полевых условиях и требует соответствующего технического обслуживания? Прежде всего, необходимо проверить силовые полупроводниковые модули, чтобы определить, нуждаются ли они в полной или частичной замене. Без такой проверки повторный запуск системы может привести к катастрофическим результатам. Для решения этой задачи желателен быстрый тест с использованием простого и доступного измерительного оборудования.

Оборудование: цифровой мультиметр (DMM)

Для тестирования полупроводниковых приборов в полевых условиях в первую очередь требуется цифровой мультиметр (желательно автоматический или полуавтоматический), имеющий функции проверки диодов (полупроводниковых переходов) и измерения емкости. На первом этапе необходимо проверить, что диод блокируется в обратном направлении и проводит (с небольшим падением напряжения) в прямом направлении. Речь идет как о выпрямительных диодах в диодно-тиристорных модулях, так и об антипараллельных быстрых диодах (FWD) в модулях IGBT. О цели измерения емкости изолированных затворов расскажем далее.

Мультиметр контролирует падение напряжения на диоде при протекании небольшого тока. Измеренное значение V_F никогда не будет совпадать с пороговым напряжением (например, V_F0), которое указано в технической спецификации, является параметром линейной аппроксимации прямых характеристик диода и используется для расчета потерь. Более того, падение напряжения у силовых диодов обычно оказывается меньше ожидаемого значения 0,7 В, характерного для маломощных кремниевых выпрямителей. Как правило, измерение V_F в мощных диодных модулях с рабочим напряжением 600–1700 В дает значение в диапазоне 0,2–0,5 В.

При обратном смещении исправного диода мультиметр показывает разрыв цепи, обычно это соответствует показаниям «OL», «Out of range» и т. п. Поскольку прибор способен подавать на выпрямитель только небольшое напряжение (например, 9 В), этот тест не позволяет полностью оценить блокирующую способность диода (600, 1200, 1700 В и более для силовых полупроводников). Данная проверка выявляет только заведомо неисправные компоненты, у которых фиксируется утечка при подаче даже небольшого обратного смещения.

Гораздо более корректные выводы можно сделать при наличии высоковольтного лабораторного источника напряжения, позволяющего подать на выпрямитель номинальное обратное напряжение. Для получения достоверных результатов модуль рекомендуется разогреть (например, в муфельной печи) до максимальной рабочей температуры и провести измерение обратного тока (I_DD, I_RD), предельная величина которого указывается в технических спецификациях. Отметим, что ток утечки полупроводникового прибора зависит от температуры в гораздо большей степени, чем от обратного смещения.

Оборудование: омметр

Пользователи часто пытаются применять омметр (или DMM в режиме омметра) для оценки исправности полупроводниковых компонентов. В то время как омическое сопротивление прибора в заблокированном состоянии может находиться диапазоне МОм, а в проводящем (или пробитом и закороченном) — в диапазоне мОм, любые промежуточные значения также не дают никакой полезной информации по следующим причинам.

Во-первых, полупроводниковые приборы состоят из кремниевых областей с разной степенью легирования (p-тип и n-тип), которые объединяются, образуя p-n-переходы. Эти области не являются однородными, степень легирования меняется, формируя так называемые профили легирования. Профиль — важная часть структуры прибора, во многом он определяет электрические свойства полупроводника. В силовых приборах основные p-n-переходы рассчитаны на работу с сотнями (или тысячами) вольт. Напряжение (например, 9 В), формируемое DMM, слишком мало, чтобы создать протяженное электрическое поле на всем p-n-переходе и в краевых зонах, которые снижают напряженность поля на краях чипа. Это означает, что омметр может анализировать только ограниченную часть профиля легирования и его показания не отражают свойств прибора в рабочих режимах. Более того, поскольку p-n-переход не проявляет омического (то есть линейного I-V) поведения, то при разных напряжениях прибор будет показывать различные результаты. Омическое сопротивление терминалов силовых модулей также вносит некоторую неопределенность в результаты измерения.

Во-вторых, в некоторых цифровых омметрах для измерения сопротивлений используется очень низкое напряжение (например, <0,6 В), чтобы избежать влияния прямого смещения имеющихся в электрической цепи диодов или транзисторов, параллельных измеряемому резистору. Это означает, что если функция омметра применяется для проверки диодного модуля, то пользователь, скорее всего, получит ложную информацию, поскольку измерительное напряжение недостаточно даже для прямого смещения диода.

В ряде случаев омметр может быть полезен для оценки поведения полупроводниковых приборов (например, процесса заряда затвора IGBT/MOSFET, описано далее), но сами по себе значения сопротивлений не несут никакой полезной информации. Высоковольтные измерители (мегаомметры) предназначены в первую очередь для проверки качества изоляции, и их некорректное применение может повредить полупроводник.

Проверка диодно-тиристорных модулей

Диодные и тиристорные модули выпускаются в различных сочетаниях и конфигурациях, в одном корпусе может содержаться одиночный выпрямитель, полумост, а также трехфазный мост. Техническая спецификация содержит всю необходимую для контроля информацию. У большинства модулей, например, таких как SEMIPACK (диодно-тиристорные), электрическая схема и номера выводов указываются непосредственно на корпусе (рис. 1).

Рис. 1. Схема расположения выводов модуля SEMIPACK 1

Все измерения с помощью мультиметра производятся на компонентах, отключенных от электрической схемы.

При подключении положительного (красный) вывода к аноду, а отрицательного (черный) к катоду диод проводит ток, а DMM показывает падение прямого напряжения (рис. 2a). При обратном включении диод блокируется и DMM индицирует разрыв цепи (OL).

При проверке тиристоров затвор следует оставить неподключенным. В отличие от диодов при тестировании тиристоров DMM должен показывать разрыв цепи (OL) в обоих направлениях (рис. 2б).

Рис. 2.
а) Типовые показания DMM в прямом (слева) и обратном (справа) включении исправного диода;
б) типовые показания DMM в прямом (слева) и обратном (справа) включении исправного тиристора

Соединение затвор-катод идеального тиристора представляет собой p-n-переход (рис. 3). Во многих тиристорах также существует параллельный путь «короткого замыкания» между затвором и анодом, предназначенный для получения большого начального тока, иници­ирующего запуск прибора. Поскольку он выполнен из однородного p-легированного кремния, измерение сопротивления в цепи затвор-катод обычно дает 10–50 Ом. Эта величина никогда не нормируется производителями, и пользователь должен понимать, что полученное низкое сопротивление не является признаком повреждения прибора. При использовании мультиметра в диодном режиме падение напряжения на переходе затвор-катод будет очень низким, как правило, оно находится в диапазоне 0,01–0,05 В в обоих направлениях.

Рис. 3. Измерение «сопротивления» между затвором и катодом тиристора

Проверка модулей IGBT/MOSFET

Как правило, IGBT корпусируется с анти­параллельным диодом (FWD), который можно проверить мультиметром, как описано выше. Так же контролируется и внутренний («тельный») диод в транзисторах MOSFET и SiC MOSFET, которые поставляются как с обратным диодом, так и без него (рис. 4).

Рис. 4. Расположение выводов, схема подключения обратного диода IGBT, MOSFET, SiC MOSFET

Современные силовые полупроводниковые ключи IGBT и MOSFET управляются подачей сигнала на изолированный затвор, поэтому падение напряжения на них в открытом состоянии нельзя измерить с помощью диодной функции DMM. Однако если в наличии имеется низковольтный лабораторный источник, то сопротивление открытого канала (R_{DS_on}) MOSFET и SiC MOSFET можно проконтролировать омметром при подаче на затвор отпирающего напряжения V_{G_on} (типовое значение 15–18 В).

Схема расположения выводов IGBT/MOSFET наносится на корпус модуля, что позволяет подключить измерительный прибор надлежащим образом (рис. 5a).

Рис. 5.
а) Схема расположения выводов модуля IGBT SEMITRANS;
б) схема расположения выводов модуля IGBT SEMiX

У модулей IGBT в конструктиве SEMiX (Econo Dual) силовые терминалы расположены в одной плоскости по разные стороны корпуса, при этом АС-выход выполнен в виде двух соединенных между собой выводов (рис. 5б). Сигнальные соединения затвора, эмиттера и катода находятся в верхней части корпуса для удобства подключения платы драйвера.

Прямые и обратные характеристики

Все измерения должны производиться на отключенном модуле IGBT/MOSFET. Мультиметр следует установить в режим проверки диодов, при этом необходимо соблюдать полярность выводов (рис. 6). При подключении положительной (красной) клеммы к коллектору (С), а отрицательной (черной) клеммы к эмиттеру DMM должен индицировать разрыв цепи. При обратном включении DMM показывает падение прямого напряжения на антипараллельном диоде.

Рис. 6. Типовые показания DMM в прямом (слева) и обратном (справа) включении исправного IGBT

Изолированный переход затвор-эмиттер IGBT (затвор-исток MOSFET) во многом ведет себя как конденсатор. Вследствие этого режим омметра DMM можно использовать для контроля заряда емкостей затвора, поскольку очевидно, что в установившемся состоянии цепь затвора должна показывать бесконечное сопротивление (разрыв цепи). Оксидный слой, формирующий изоляцию затвора, очень тонкий и крайне чувствителен к электростатическому разряду (ESD), поэтому при контроле цепи управления IGBT/MOSFET следует соблюдать все соответствующие требования предосторожности.

При подключении омметра к цепи затвор-эмиттер (исток) он будет показывать быстро растущее сопротивление (заряд емкости затвора), выходящее за мегаоммный диапазон. Как правило, прибор индицирует это как разрыв цепи (OL). Если цепь затвора повреждена, измеритель покажет низкое сопротивление, вплоть до короткого замыкания.

Более информативным параметром является емкость затвора. К сожалению, ее точную величину указать невозможно, несмотря на наличие параметров C_iss, C_oes, C_res в технических спецификациях. Измеренная емкость C_ge в цепи изолированный затвор — эмиттер (у силовых модулей она находится в диапазоне от единиц до десятков нФ) будет зависеть не только от типа DMM, но и от ориентации входов прибора относительно выводов G и E. Поэтому при проверке модулей с подозрением на отказ лучше всего измерить величину C_ge у нового, заведомо исправного IGBT того же типа и затем использовать полученное значение как референтное для сравнения.

Тестирование интеллектуальных силовых модулей (IPM) и драйверов затворов

Интеллектуальные модули (IPM) могут, кроме силовой секции, содержать драйверы затворов, датчики и даже теплоотвод, например SKiiP SEMIKRON. Методика проверки обратных диодов IGBT в IPM аналогична описанной выше (рис. 7а), однако наличие встроенного драйвера создает некоторые дополнительные возможности, их мы рассмотрим далее.

Рис. 7.
а) Типовые показания DMM при проверке антипараллельных диодов в модуле IPM SKiiP;
б) измерительный прибор SKiiP Tester

Силовой каскад IPM SKiiP состоит из нескольких полумостовых элементов, которые могут работать независимо (трехфазный инвертор GD) или соединяться в параллель с помощью внешних DC- и АС-шин (полумост GB). Во втором случае затворы параллельных IGBT объединяются на плате драйвера.

Ремонт драйверов затворов в полевых условиях, как правило, невозможен из-за сложности монтажа/демонтажа smd-компонентов, поэтому отказавшую плату лучше полностью заменить. А вот ток потребления драйвера является очень информативным параметром. В частности, его проверка при отсутствии и наличии импульсов управления и последующее сравнение результатов с референтными значениями дает 95%-ную гарантию исправности силового модуля (рис. 8).

Данный принцип реализован в специальном измерительном приборе SKiiP Tester (рис. 7б, производитель — Billmann [3]), используемом при проверке интеллектуальных силовых модулей IGBT в полевых условиях. Он формирует необходимое драйверу SKiiP напряжение питания (24 В) и имеет встроенный генератор импульсов управления с возможностью их раздельной подачи на ключи TOP и BOT. Для контроля тока потребления в приборе предусмотрен отдельный вход, к которому подключается мультиметр. В комплекте тестера имеется набор шлейфов для соединения с модулями SKiiP различных типов и адаптер волоконно-оптической линии связи, позволяющий проверять IPM с оптическим входом.

Ток потребления интеллектуальных модулей без коммутации указывается в технических спецификациях, например у SKiiP 3 величина I_SO (V_S = 24 В, F_sw=0) составляет 240 мА. Для его проверки нужен регулируемый лабораторный источник питания с последовательно включенным амперметром (рис. 8). Измерение производится без подачи высокого напряжения (V_DC) на силовой каскад.

Рис. 8. Измерение тока потребления драйвера:
а) в дежурном режиме;
б) при подаче импульсов управления

Таким же образом проверяется ток I_s при подаче импульсов управления TOP/BOT на драйвер (рис. 8б). Расчет I_s делается с помощью выражения, приводимого в технической спецификации, например, у SKiiP 3 поколения I_s = (240 + k₁×f_sw + k₂×I_AC) мА, где k₁ = 29 мА/кГц, k₂ = 0,00065 мА/А². То есть при коммутации обоих ключей (TOP/BOT) на частоте f_sw = 10 кГц ожидаемый ток потребления составит 530 мА (выходной ток I_AC отсутствует). При коммутации только одного из ключей полумоста величина I_s будет в диапазоне 240–530 мА.

В процессе работы необходимо убедиться, что плата управления не генерирует информации об ошибках, например о пониженном напряжении (UVLO), перегреве или перегрузке по току, которых не должно быть при отсутствии силового напряжения. Поскольку у большинства драйверов нет функции самодиагностики, наличие сигнала ошибки (ERROR) может указывать на их неисправность.

Можно ли использовать силовой модуль после длительного хранения?

Этот вопрос возникает очень часто, и связан он не только с длительностью, но и с условиями хранения (температура, влажность). Диапазон температур T_stgобычно указывается в спецификации, причем многие производители определяют гарантийный срок хранения силовых модулей не более 1 года в условиях сухого отапливаемого склада. В первую очень данное ограничение связано с риском накопления ионов воды в силиконовом геле, которым заливаются любые силовые модули [4]. Заливка используется для обеспечения электрической изоляции керамических DBC-подложек. Кроме того, она защищает внутреннее пространство модуля от загрязнения в процессе производства и позволяет снизить уровень механических напряжений.

Низкомолекулярные газы (в том числе водяной пар) активно проникают в гель и оседают на DBC-подложке, то есть гели обладают высокой гигроскопичностью (рис. 9). Накопление ионов воды вызывает изменения структуры электрического поля в краевых зонах, а также в фотоимидном изолирующем слое чипов. Если влага попадет на кристаллы, то при подаче напряжения это приведет к быстрому развитию коррозии и отказу модуля.

Рис. 9. Накопление влаги на изолирующей подложке и чипах IGBT

Скорость диффузии ионов воды в силиконовом геле — около 0,04 мм/с при +18 °С, она увеличивается до 1 мм/с при +100 °С, защитный слой толщиной около 5 мм достигает насыщения в течение 5 ч. Испытания показали, что постоянная времени накопления влаги в стандартных силовых модулях составляет около 8 ч, а ее остаточный процент в силиконовом геле после 4 ч высыхания (при комнатной температуре) — около 40%.

Силовые модули SEMIKRON и подавляющего большинства устройств других производителей соответствуют климатическому классу 3K3 EN 60721-3-3 по стандарту EN 50178. С учетом изоляционных зазоров они могут применяться в средах со степенью загрязнения 2 в условиях, предусмотренных стандартами EN 50178 и EN 61800-5-1 (табл.). Это означает, что при эксплуатации не допускается попадание капель воды или конденсация влаги.

Для предотвращения отказов силовых полупроводниковых компонентов условия их применения должны соответствовать специфическим климатическим требованиям. Необходимо принятие дополнительных мер, таких как обогрев, кондиционирование, работа в непрерывном режиме, контроль температуры охлаждающей жидкости и т. д. О влиянии влаги и конденсата на работу электронных систем и методах предотвращения отказов подробно рассказано в [4].

Перед вводом системы в эксплуатацию или после ее длительного простоя (техническое обслуживание и т. д.) рекомендуется проводить циркуляцию теплого хладагента (воздух/жидкость) для вытеснения накопленной влаги. Данный метод распространен, например, в ветроэнергетике. На рис. 10 показано, как изменяется относительная влажность внутри силового модуля в процессе сушки при температуре +40 °C.

Рис. 10. Изменение RH внутри модуля в процессе сушки при температуре +40 °С для различных условий окружающей среды

Считается, что при RH ≤ 60% (внутри модуля) система может быть запущена без риска развития коррозии на полупроводниковых чипах. Как видно на рис. 10, наиболее эффективная сушка происходит в течение первого часа. При +35 °C/85% влажность стабилизируется на уровне 60% после 24 ч, при +25 °C/85% RH падает ниже 50% после 10 ч, при +15 °C/85% — после 1 ч.

Если силовые модули хранились в течение длительного времени, то перед установкой в изделие их рекомендуется выдержать в течение суток в муфельной печи или климатической камере при температуре > +30 °C (+40…+60 °С). Такая мера не дает 100%-ной гарантии надежной работы прибора, но, как правило, достаточна для удаления остаточной влаги из геля.

Измерения: вы видите не то, что есть на самом деле!

Применение простейших средств измерения, таких как мультиметр, позволяет выявить заведомо неисправные компоненты, однако очевидно, что для детального анализа системы необходимо профессиональное оборудование, в первую очередь цифровой осциллограф с высоким разрешением. В рамках данной статьи мы не будем рассказывать об особенностях его применения, отметим только пару важных моментов. Например, очень часто начинающие специалисты пытаются бороться с шумами, создаваемыми паразитным контуром щупа осциллографа. Отличить «истинный» сигнал от «ложного» очень просто, для этого надо соединить между собой сигнальный и общий вывод в точке измерения. Если шумовой сигнал остается — это погрешность измерения, если помехи пропадают — они реально присутствуют в измеряемом сигнале.

Рис. 11. Паразитные осцилляции, создаваемые распределенным контуром щупа осциллографа

Однако для «профессионального» анализа процессов, происходящих в силовых импульсных преобразователях, необходимо специальное оборудование, в первую очередь — дифференциальный пробник напряжения и петля Роговского (рис. 12). Эти аксессуары к цифровому осциллографу позволяют проектировщику видеть реальные сигналы напряжения и тока без риска их искажения паразитными элементами измерительного контура. Особенности конструкции петли Роговского дают возможность измерять импульсные токи в самых труднодоступных точках, например непосредственно на выводах корпусов ТО-220, ТО-247.

Рис. 12. Основные инструменты разработчика силовой электроники: петля Роговского и дифференциальный пробник напряжения

Заключение

Силовые полупроводниковые модули — очень сложные устройства, параметры которых невозможно измерить без специального оборудования. Однако в полевых условиях часто возникает необходимость отбраковки и замены заведомо неисправных или «подозрительных» компонентов. Повторное включение системы, содержащей поврежденные силовые ключи, как правило, приводит к катастрофическим последствиям. Неоценимую помощь в этом случае может оказать простейшее измерительное оборудование: цифровой мультиметр с функцией проверки диодов и измерителем емкости, а также лабораторный источник питания.

Литература

1. Материалы сайта SEMIKRON.com
2. Wintrich A., Nicolai U., Tursky W., Reimann T. Application Manual Power Semiconductors. 2^nd ISLE Verlag, 2015.
3. Ingenieurbüro Billmann. Lerchensteige 10, 91448 Emskirchen, Germany. ib-billmann.de
4. Дрекседж П., Ламп И. Воздействие влажности и конденсации на работу силовых электронных систем // Силовая электроника. 2016. № 5.

✔ Как проверить частотный преобразователь самому

Как проверить частотный преобразователь самому

Кратко об основных узлах частотного преобразователя.

Для начала необходимо понять, что же является главной частью каждого преобразователя частоты (ПЧ) и принцип его работы.

Принципиальная блок схема ПЧ

На картинке выше приведена силовая схема ПЧ с указанием основных его частей:

1. Диодный мост. Зачастую, встречаются 4 диода у ПЧ с 1 фазным питанием (L/N) и 6 диодов, когда ПЧ с 3-х фазным питанием (L1/L2/L3 или R/S/T).
2. По середине схемы расположены дроссель (L) и конденсатор (С).
3. На правой стороне схемы указан 3-х фазный транзисторный выходной мост (обычно обозначаются как U/V/W) и состоит из 6-и мощных IGBT транзисторов.

После того, как мы определили основные части ПЧ, следует заняться их диагностикой.
Зачастую у многих ПЧ небольших мощностей (приблизительно до 20 кВт), диодный мост и IGBT транзисторы всторены в единый модуль (матрица) и выглядит этот модуль как на рисунке ниже.

IGBT модуль

Для наглядности мы будем рассматривать диагностику на примере универсального преобразователя частоты фирмы INVT серии GD200A. Питание преобразователя 3-х фазное по 380В. Ниже приведена клеммная рейка данной серии ПЧ от 0,75кВт до 5,5кВт.

Клеммная рейка ПЧ 1,5кВт INVT GD200A

ВНИМАНИЕ: Убедитесь, что ПЧ отключен от питания и от мотора!

ШАГ 1. Проверка входного диодного моста преобразоветля частоты

Следуя схеме, начать стоит с проверки диодного моста. Для этого потребуется обычный мультиметр с функцией «прозвонки» диодов.

Режим «прозвонки» диодов

Для проверки диодного моста ставим щуп «COM» (черного цвета) на клемму знаком «+« и щуп красного цвета на клемму «R» и считываем показание мультиметра, где мы видим падение напряжения 0,5В.

Проверка диодного моста

Аналогично проверяем остальные фазы «S» и «T», где черный щуп остается на позиций «+», а красный переставляем от клеммы к клемме соответственно. При этом на всех 3-х входных клеммах преобразователя частоты мы видим одинаковое падение напряжения в 0,5В.

Далее, нам необходимо переставить щупы, то есть, вместо черного, на клемму «+» мы ставим красный и переставляем черный на все те же клеммы «R»,»S» и «T» поочередно. На мультиметре мы видим «обрыв цепи». Таким образом мы проверили 3 диода из 6-и.

Остальные 3 диода проверяются таким же образом, но уже где красный щуп устанавливается на «-» клеммы и черный щуп на каждую фазу входной клеммы «R», «S», «T» для проверки «прямой» проводимости диодов. И наоборот, черный щуп на «-» клеммы и красным проходим по клеммам «R», «S», «T», где мультиметр показывает нам обрыв.

Данные показатели мультиметра говорят о том, что диодный мост преобразователя частоты исправен. То есть, при «прямой» проводимости диода, происходит падение напряжения в 0,5В, при «обратной» же, мы видим «обрыв цепи» это означает, что диодный мост жив.

ШАГ 2. Проверка IGBT транзисторного выходного моста преобразователя частоты

Проверка выходного моста преобразователя частоты — это всё та же «прозвонка» диодов, но уже защитных, установленных параллельно IGBT транзисторам. Несмотря на то, что данная проверка защитных диодов является косвенным свидетельством исправности или неисправности самих транзисторов, зачастую они выходят из строя вместе с транзисторами.

IGBT модуль

Для проверки целостности ставим черный щуп мультиметра на «+» и проверям выходые защитные диоды на клеммах «U», «V» и «W», устанавливая на них красный щуп. Мы видим показания нашего мультиметра, где указано падение напряжения в 0,5В.

Проверка IGBT

Аналогочным образом проверям остальные клеммы «V» и «W», где так же видим падения напряжения в 0,5В.

Далее, нам необходимо переставить щупы, то есть, вместо черного, на клемму «+» мы ставим красный и переставляем черный на все те же клеммы «R»,»S» и «T» поочередно. На мультиметре мы видим «обрыв цепи». Таким образом мы проверили 3 защитных диода из 6-ти.

Остальные три транзистора, как вы уже поняли, мы проверям аналогично, но уже щупы меняют свое расположение. То есть, красный щуп ставим на «-» клеммы при прозвонке «прямой» проводимости. Далее черный на «+» для проверки «обратной» проводимости.

Очень надеюсь, что данная короткая статья поможет вам самим провести первичную диагностику вашего преобразователя частоты.
Безусловно, это только первичная диагностика и она помогает определить только так называемую «силовую» часть частотника (частые причины выхода из строя частотников), тогда как встречаются и ряд других причин связанные с цепью низкого наряжения.

Если у Вас возникла потребность в ремонте преобразователя частоты, Наша компания всегла рада помочь Вам!

Получить консультацию

Устранение неполадок частотно-регулируемого привода 101 — с проверками при отсутствии питания

Прежде чем оторвать частотно-регулируемый привод (ЧРП) от стены и отправить его на восстановление, остановитесь.

Некоторые простые проверки позволяют быстро диагностировать ЧРП. Вот как выполнить необходимые проверки с помощью мультиметра.

Даниэль Шуберт • Инженер по обучению продукции Yaskawa

Преобразователи частоты (ЧРП) являются основным компонентом многих промышленных и коммерческих приложений, в которых двигатели работают для выполнения задач. VFD могут управлять и защищать двигатели, а в некоторых приложениях даже обеспечивать экономию энергии. Но, как и любой компонент системы, частотно-регулируемый привод может выйти из строя. Здесь мы объясняем некоторые методы устранения неполадок, которые инженеры и персонал предприятия могут использовать для проверки и запуска частотно-регулируемых приводов. Контрольный список для основных проверок отсутствия питания, который мы здесь представляем, включает:

• Безопасность — при напряжении системы менее 10 В постоянного тока
• Проверка входов — как проверка диодов
• Проверка шины постоянного тока — как визуальная проверка
• Проверка выхода — как проверка диода
• Обзор чеков

Предварительное предупреждение: безопасность при работе с частотно-регулируемыми приводами

Наша главная забота — это вы, читатель, поэтому, если вы считаете, что у вас нет опыта для выполнения этих тестов, обратитесь к профессионалу, который проведет их для вас. Опасные для жизни напряжение и ток присутствуют в частотно-регулируемом приводе даже после отключения входящего питания. Перед тестированием выполните процедуры блокировки/маркировки для имеющейся системы. После этого выполните процедуры дугового разряда для данной системы и следуйте местным правилам.

Найдите +(положительный) и –(отрицательный) клеммы шины постоянного тока на приводе. Обратитесь к руководству по устройству или свяжитесь с производителем частотно-регулируемого привода, если вы не уверены в расположении этих клемм.

Мультиметр должен иметь номинал не менее 1000 В CAT III и возможность проверки диодов.

Установите мультиметр на Vdc. Подсоедините провода + (красный) и — (черный) измерителя к клеммам шины постоянного тока на частотно-регулируемом приводе. Если значение выше 10 В постоянного тока, но снижается, подождите, пока избыточное напряжение на шине постоянного тока не станет ниже 10 В постоянного тока. Это время зависит от емкости накопителя. Если напряжение не падает ниже 10 В пост. тока, убедитесь, что входное питание привода отключено, или обратитесь к производителю или установщику частотно-регулируемого привода.

Проверка входа ЧРП (на выпрямителе)

В современных ЧРП входная или выпрямительная секция состоит из входных диодов, которые преобразуют входящий трехфазный синусоидальный сигнал переменного тока в выпрямленный источник постоянного тока. На каждую фазу должно приходиться не менее двух диодов. Они расположены в противоположной проводящей ориентации, чтобы обеспечить двухполупериодное выпрямление. Чтобы проверить входную часть, нам нужно выполнить простую проверку диодов. Эти проверки включают проверку прямого и обратного направления смещения обоих диодов в каждой фазе. В этом процессе используются входные клеммы R/L1, S/L2, T/L3 на приводе и клеммы шины постоянного тока.

Если вы не знаете, где находятся входные клеммы, обратитесь к руководству по ЧРП.

С помощью мультиметра, настроенного на проверку диодов …

… подсоедините провод + (красный) к входной клемме (R/L1), а провод – (черный) к клемме (+) шины постоянного тока. Это изолирует положительный фазированный диод R/L1. Хороший диод должен показывать около 0,5 В постоянного тока в направлении прямого смещения. Повторите этот процесс для клемм S/L2 и T/L3, оставив провод – (черный) на клемме (+) шины постоянного тока.

Первая секция частотно-регулируемого привода — это секция входного выпрямителя, которая включает в себя входные диоды, разделяющие трехфазные волны переменного тока на положительный и отрицательный источник постоянного тока.

Примечание: При выполнении этого измерения обратите внимание на согласованность всех трех входных клемм. Измерение 0,5 В постоянного тока является приблизительным и может меняться в зависимости от ЧРП и размера модели. Если в какой-то момент счетчик показывает 0 В, то этот диод закорочен.

Следующим шагом является проверка обратного направления смещения диодов. Подсоедините — (черный) провод мультиметра к клемме R/L1, а + (красный) — к клемме (+) шины постоянного тока. Затем проверьте оставшиеся два входа, переместив провод мультиметра – (черный) к клеммам S/L2 и T/L3. Мультиметр должен в конце концов отобразить (OL) после зарядки конденсаторов фильтра привода. OL возникает, когда источник питания счетчика не может пропустить ток через диод в заданном направлении.

Теперь мы закончили с верхними диодами и должны проверить оба направления оставшихся диодов на выпрямителе. Начнем с подключения + (красного) провода мультиметра к клемме (-) шины, а — (черного) провода мультиметра к клемме R/L1. Это снова должно быть около 0,5 В постоянного тока. Оттуда переместите -(черный) провод мультиметра к оставшимся клеммам S/L2 и T/L3, проверяя согласованность между тремя измерениями. Некоторые инженеры считают, что разница между ними более 0,05 В постоянного тока является плохим признаком, так как это может означать, что один или несколько диодов нуждаются в замене.

Наконец, подсоедините — (черный) провод мультиметра к (-) клемме шины постоянного тока, а + (красный) — к входной клемме R/L1, затем проверьте входные клеммы S/L2 и T/L3, снова сделав Убедитесь, что счетчик показывает OL после короткого времени зарядки конденсаторов фильтра. При зарядке конденсаторов фильтра время может варьироваться и увеличивается с увеличением размера привода.

Теперь мы проверили все диоды в обоих направлениях смещения. Если в какой-то момент счетчик показывает 0 В, то этот диод закорочен.

Проверка шины постоянного тока на частотно-регулируемых приводах

После того как диоды преобразуют входящую волну переменного тока в постоянный, шина постоянного тока или конденсаторы постоянного тока сохраняют напряжение и оказывают сглаживающее воздействие на пульсации напряжения на шине постоянного тока. Чтобы полностью проверить конденсаторы, инженеру или работнику завода потребуется вытащить отдельные конденсаторы из системы и использовать тестер, поддерживающий конденсаторы с высокой емкостью микрофарад.

Первая секция частотно-регулируемого привода — это секция входного выпрямителя, которая включает в себя входные диоды, разделяющие трехфазные волны переменного тока на положительный и отрицательный источник постоянного тока.

Вместо этого (для проверки отсутствия питания) достаточно визуального осмотра на наличие любых признаков физического повреждения или утечки электролитической жидкости из конденсатора. Иногда можно даже почувствовать запах, если конденсатор уже не в порядке… и запах, скорее всего, будет сильным запахом. Если рассматриваемое устройство отработало много часов, а обслуживающий персонал уже заменяет другие компоненты, было бы неплохо пойти дальше и заменить конденсаторы звена постоянного тока.

Проверка выхода ЧРП (на преобразователе)

Третья и последняя секция — это секция выхода или инвертора. Обычно это биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). IGBT берут сохраненный постоянный ток от конденсаторов шины и работают вместе, чтобы сформировать смоделированную выходную волну переменного тока для двигателя. ЧРП использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления напряжением и частотой, подаваемой на двигатель. IGBT состоит из эмиттера, коллектора, затвора и обратного диода. ЧРП модулирует импульсы, подаваемые на двигатель, изменяя продолжительность приложения напряжения между переходами затвор-эмиттер IGBT. Это называется стробированием и происходит тысячи раз в секунду.

Последняя секция VFD — это выход или преобразователь. Безынерционные диоды здесь проверяются так же, как и на входе привода.

Сами сигналы управления не могут быть проверены без питания и обычно проверяются после подачи питания и работы привода без нагрузки, другими словами, без двигателя. Эта проверка включает в себя использование осциллографа, чтобы убедиться, что IGBT работают правильно.

Обратный диод замыкает выходную цепь и обеспечивает любую регенерацию от двигателя, возвращающегося обратно в привод. Затем эта регенерированная энергия возвращается обратно в конденсаторы шины постоянного тока.

Наша последняя проверка — это, по сути, очередной набор проверок диодов. К счастью, в большинстве случаев IGBT выходит из строя из-за короткого замыкания обратного диода. Как это проверить? Мы проверяем это так же, как мы делали ввод VFD. Точнее, проверьте обратные диоды так же, как диоды выпрямителя… но на этот раз используйте клеммы U/T1, V/T2 и W/T3 вместо клемм R/L1, S/L2 и T/. Клеммы L3. Если измерения показывают хороший диод, все готово. Если измерения показывают короткое замыкание (менее 0,5 В постоянного тока в обоих направлениях), значит, у вас короткое замыкание IGBT.

Просмотр результатов проверки значений вне диапазона

Обратите внимание, что эти проверки охватывают основные компоненты главной цепи привода. Если у вас есть показания, которые не находятся в этом диапазоне, то, вероятно, вам придется удалить диск и либо восстановить, либо заменить его.

Принцип работы полевых транзисторов с изолированным затвором и определение неправильной полярности состоит из BJT (биполярного триода) и MOS (полевого транзистора с изолированным затвором), который имеет чрезвычайно MOSFET-вход и PNP-транзистор на выходе, поэтому его можно рассматривать как лампу Дарлингтона с MOS-входом.

Он сочетает в себе преимущества высокого входного импеданса МОП-транзисторов и низкого падения напряжения GTR, легкого управления, большой пиковой токовой нагрузки, самоотключения, высокой частоты переключения (10–40 кГц) и других характеристик, постепенно заменил тиристоры и ГТО (затвор может отключать тиристоры) в настоящее время является наиболее бурно развивающимся новым поколением силовой электроники.

Широко используется в небольших, высокоэффективных инверторных источниках питания, регулировке скорости двигателя, ИБП и инверторных сварочных аппаратах.

Во-вторых, принцип работы IGBT

IGBT управляются тремя полюсами: затвор (G), эмиттер (E) и коллектор (C). Как показано на рис. 1, функция переключения IGBT заключается в добавлении прямого напряжения затвора для формирования канала, подачи тока базы на PNP-транзистор и включении IGBT. И наоборот, добавьте обратное напряжение затвора, чтобы устранить канал, отсечь базовый ток и выключить IGBT. Как видно из рисунка 2, если между затвором и эмиттером IGBT добавляется положительное управляющее напряжение, МОП-транзистор включается, так что низкоомное состояние между коллектором и базой PNP-транзистора заставляет транзистор на; Если напряжение между затвором и эмиттером IGBT равно 0 В, полевой МОП-транзистор отключается, отключая подачу тока базы PNP-транзистора, так что транзистор отключается.

Как работают IGBT FET и как определить плохую полярность

Рисунок 1 Блок-схема IGBT

Как работают IGBT FET и как определить плохую полярность

Рис. 2 Электрический символ IGBT (слева) и эквивалентная принципиальная схема (справа)

Если напряжение между затвором IGBT и эмиттером, то есть напряжение возбуждения слишком низкое, IGBT не может стабильно работать, а если оно слишком велико или даже превышает выдерживаемое напряжение между затвором и эмиттером, IGBT может постоянно поврежден. Точно так же, если напряжение между коллектором IGBT и эмиттером превышает допустимое значение, ток, протекающий через IGBT, превысит предел, в результате чего температура перехода IGBT превысит допустимое значение, и IGBT также может быть необратимо поврежден.

В-третьих, оценка полярности IGBT

При тестировании IGBT следует использовать стрелочный мультиметр. В первую очередь мультиметром прозванивается файл R×1KΩ, и мультиметром измеряется сопротивление между полюсами, если сопротивление одного полюса и двух других полюсов равно бесконечности, сопротивление полюса и другого два полюса — это все еще бесконечность после того, как ручка поменяна местами, затем ворота полюса (G). Затем используйте мультиметр для измерения сопротивления между оставшимися двумя полюсами, если измеренное сопротивление бесконечно, значение сопротивления после переключения пера мало, когда сопротивление измерения мало, красная ручка соприкасается с коллектором (C) , а черная ручка соприкасается с эмиттером (E).

Как работают полевые транзисторы IGBT и как определить плохую полярность

Рисунок 3. Физическая схема IGBT

В-четвертых, оценка качества IGBT

При оценке качества IGBT необходимо использовать стрелочный мультиметр (внутреннее напряжение батареи). электронного мультиметра слишком низкий), и вы также можете использовать вместо нее 9-вольтовую батарею. Сначала наберите мультиметр на файл R × 10 кОм (файл R × 1 кОм, внутреннее напряжение слишком низкое, чтобы включить IGBT), при этом черная ручка индикатора подключена к коллектору IGBT (C), красная ручка индикатора подключен к эмиттеру (Е) IGBT, в это время стрелка мультиметра находится на нуле. Прикоснитесь пальцем к затвору (G) и коллектору (C), после чего IGBT запустится для включения, а стрелка мультиметра заметно колеблется и указывает в направлении с небольшим значением сопротивления и может поддерживаться в таком положении.