（上海正泰低压智能科技有限公司 201614）
摘要：变频器作为生产活动中的理想交流传动设备，能够依靠现代化的调速系统大幅提高生产效率，但是在电磁环境的影响下很容易出现问题。为了解决这一问题，开始推出针对IGBT开路的故障诊断技术，本文通过列举常见的诊断方法，进一步分析其在实践中的应用对策。
关键词：变频器；IGBT开路故障诊断；应用对策
引言
逆变器与电动机组成的调速传动系统通过其核心部分——变频器，推动机器的高速运转，但是由于在实际操作中受到各种因素的影响，IGBT开路系统经常发生故障，为了避免这一问题对生产秩序的破坏，高故障容限控制系统可以快速监测故障及时采取对应措施。
一、采用三相电压平均值法进行IGBT开路故障诊断
三相电压平均值法也就是当变频器在正常运转过程中，所产生的定子电压呈现出有规律的正弦或者余波弧形，这一期间每一个定子电压在基波周期内产生的平均值将一直为0。但如果变频器因为某种因素的影响出现故障，定子电压则呈现出不规则的形状，在基波内产生的平均值也会发生变化。尤其是变频器中的某一桥臂发生IGBT开路出现问题时，其中的一个定子电压呈现出正半周波形，在电子显示器上始终不显示负半周波形。要想确定故障开关器件的具体位置就需要对三相电压分别编号为A、B、C的定子电压进行阈值测试。
使用三相电压平均值法诊断出故障位置后，针对零件出现的问题进行维修，例如：如果IGBT开路出现问题时变频器出端打火使其发生逆变模块击穿，维修人员就需要将已经损坏的IGBT逆变模块拆卸下来，在拆卸的过程中要注意尽量不要剐蹭模块，要戴上专业手套进行维修，轻拿轻放避免对逆变模块造成再一次的破坏。模块取下来后要将驱动电路上发生损坏的电子元器件进行更换，更换的时候要注意固有元器件的型号及摆放位置。更换所有元件完成后要用导线将逆变模块开路上的线路一一连接起来，在连接之前要注意将模块上烧焦的部分都清除干净再进行维修，避免发生粘连产生二次故障。连接完成后再次进行监测，在进行监测时要保证开路的驱动电路电阻值一致、所使用的电压数值相同，启动变频器如果还呈现出不正常波形并发出警报就需要用一个灯泡将IGBT开路逆变模块连接，检查是不是驱动电路还存在尚未解决的问题。如果驱动电路还存在问题就要将内部的光耦更换，更换完成后再一次监测，如果正常后那么故障得到排除，可以启动变频器继续进行生产工作。在生产工作后维修人员还要撰写此次故障维修报告书。
二、使用归一化方法进行IGBT开路故障诊断
在变频器进行故障监测时可以通过对电动机的定子电压Park矢量数据进行分析，通过分析报告得出变频器中IGBT开路是否存在问题。在正常情况下定子自身的电压矢量基本值都为0，如果出现故障时逆变模块就会出现一定的幅值和相位变化。为了防止出现突然加载负荷造成误判的现象出现，维修人员需要对不同的定子电压进行离散傅里叶的变换，在得到变频器中拥有一个完整周期的定子电压时，对其直流分量和基波幅值进行读取分析，并用基波幅值将直流分量进行归一化操作，根据归一化的值再次进行读取分析，从而更加准确的判断出IGBT到底存在什么故障。
这种归一化法能够减少突然加荷导致误诊的问题，根据归一化的值判断出IGBT开路问题后在采取措施进行维修。例如：变频器中IGBT逆变模块内部通常有两个等效率色但是功能不同的三极管，两组三极管会在电力作用下形成一个等效的晶闸管，当IGBT开路经过的电压过大时这两个晶体管就会产生反应，持续性的电压过大就会触发晶闸管导致开路运转失去控制，变频器停止运转，严重时还会将IGBT逆变模块烧毁。所以维修人员需要使用性能较好的IGBT模块，确保两组三极管的厚度，以免出现三极管过薄耐压能力弱的问题。当晶闸管出现反应时就可以判断变频器中的IGBT开路栅极被击穿，GC和GE之间出现部分悬空，栅极电压已经超过20V，由于自身性能的制约，栅极会被大于20V的电压击穿，击穿后的栅极无法正常工作从而引发IGBT开路出现问题。在此情况下维修人员必须要使用专业设备将栅极中的超电荷进行彻底释放，释放完成后加速关闭电源。栅极中G-E的部分很容易发生悬空的现象，一旦悬空部分被忽略栅极就会承受超负荷电压，从而击穿IGBT。处理用到所说的归一化法进行监测，还可以使用设备对IGBT的电容特性进行监测，如果监测不到电容特性证明G-E的电容性能消失，栅极遭到破坏。这种方法主要是用在使用归一化法判断出IGBT存在故障的基础上进行再次的实验。
三、使用神经网络法进行IGBT开路故障诊断
神经网络法主要是利用人工神经网络通过各个处理单元在拓扑架构的连接下对变频器产生的信息进行处理。信息处理系统可以通过内部的人工神经元将数据通过连接权值与作用函数的并联运算进行高速分析从而实现系统运行故障监测。因为人工神经网络具有很强的自主性、持续性以及高效、并行运算的能力，能够在变频器发生故障时第一时间监测IGBT开路是否存在问题，在通过拓扑结构和连接权值与作用函数的影响确定开路发生故障的元部件。
在实际操作时可以在人工神经网络管理系统上将IGBT逆变模块上的单项逆变器输出电压、产生电阻的情况作为并行运算系统的故障监测对象，利用拓扑结构开设前向网络监控结构，通过使用反向传播的算法在PSIM的运行下得到一张完整的变频器中各个主回路、副回路元件的定子电压电压波形图。维修人员通过上传波形图可以对每一周期内发生异常反应的逆变器元件进行分析从而确定故障位置。在应用此系统时还可以协助维修人员撰写故障报告单，故障报告单主要是为了记录机器运行状态、为后期使用提供数据参考。维修人员做好IGBT开路诊断工作后可以使用人工神经网络系统将三相整个定子电压元件的故障模式进行分类整理，在每一分类中都会存储上一环节所打印出来的故障监测数据文本，内容填充完成后还可以对故障进行编码，在日后的培训中还可以进行编码故障库全面训练。
结论
本文针对变频器IGBT开路的故障诊断方法进行研究，维修人员可以通过使用三相电压平均值法、归一化法、神经网络法进行开路故障诊断与维修，从而确保变频器正常运转，生产活动有序、高效进行。
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