西继迅达（许昌）电梯有限公司 河南许昌 461000
摘要：近年来，变频器IGBT开路故障诊断问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了IGBT故障判断方法以及IGBT模块损坏的原因，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就IGBT在使用中的注意事项展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：变频器；IGBT；开路故障；诊断
1 前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，变频器IGBT开路故障诊断的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对变频器IGBT开路故障的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化其故障诊断相关工作的最终整体效果。
2 概述
绝缘栅双极型晶体管IGBT，也称绝缘门极晶体管。它是20世纪80年代中期出现的一种新型复合器件，它集成了MOS（绝缘栅型场效应管）和GTR（大功率晶体管）众多优点，不仅具有高输入阻抗、开关速度快、饱和压降低、耐压高、承受电流大等优点，而且工作频率范围宽（可达几十kHz），经过三十多年快速发展，如今IGBT在开关电源、变频器、逆变器、UPS、交流伺服系统、感应加热装置、家用电器等领域得到了广泛应用。
然而，随着IGBT模块的应用普及，其在实际应用中的问题不得不引起重视，由于操作使用不当、保护电路（或装置）选择不合适等原因，都极易导致IGBT模块故障，造成不必要的经济损失。本文，通过对IGBT典型故障、判断方法及注意事项进行探讨，旨在加深使用者对IGBT模块的了解，尽量减少实际应用中IGBT模块的故障率。
3 IGBT故障判断方法
3.1采用指针式万用表测量
先将IGBT的G、E、C极间短路放电数秒，以避免影响测量的准确度。然后将万用表的量程拨在R×10kΩ档，红表笔接的E极，黑表笔接C极，此时所测阻值趋于∞；保持表笔不动，再用手指（或其它导体）将C极与G极短接下后断开，表指针阻值降为某个位置（一般在100kΩ～200kΩ之间左右），且停住不动，则说明IGBT的开通性能基本正常；保持表笔不动，再将G，E极间短接下后断开，阻值又重新变为趋于∞，且表指针停住不动，则说明IGBT的关断性能基本正常。实际上，手指（或其它导体）为IGBT的栅、阴结电容提供了充、放电的通路，当用手指短接下C、G极，是给栅、阴结电容充电，断开后因该电容无放电回路，故电容上的电荷能保持一段时间。该电容上的充电电压，为正向激励电压，使IGBT出现微导通，C、E极间的阻值变小；当再次用手指短接G、E极时，为该电容提供了放电通路，随着电荷的泄放，激励电压消失，IGBT变为截止关断，C、E极间的阻值又趋于∞。
然后将万用表的量程打在R×1kΩ档，红、黑表笔分别正反向测量IGBT的G、E极和G、C极间阻值，对于正常的IGBT，如所测值均应为趋于∞。再用红表笔接C极，黑表笔接E极，若所测阻值为3.5kΩ左右，则所测IGBT内含齐纳二极管，若所测阻值为50kΩ左右，则不含齐纳二极管。如果所测IGBT的三个极间阻值均很小，则说明该IGBT已击穿损坏；若所测三个极间阻值均为∞，则说明该IGBT已开路损坏。
一般的指针式万用表均可用于检测IGBT的好坏，在检测时需注意，因IGBT导通需较高的正向激励电压（约10V左右），故需将万用表拨在R×10kΩ档（该档位内部电池电压为9V或12V），其它各电阻档位因内部电池电压太低（一般为1.5V），无法使IGBT模块导通，从而无法正确判断模块的好坏。
3.2采用CT装置测量
我们也可采用CT对用以下方法进行测量来判断IGBT是否正常。如图2所示。
（1）将C-E极间短路，测量G-E极间的漏电流，如果正常，其漏电流应该为数百nA级内。
（2）将G-E极间短路，测量C-E极间的漏电流，如果正常，其漏电流应该小于模块额定ICES最大值。如出现其他情况，则说明IGBT已损坏。
4IGBT模块损坏的原因分析
4.1提升机电控系统故障造成IGBT模块损坏
提升机的电控管理系统中的断轴保护部分，尤其是深度指示器上相关的磁铁被碰落后，尽管绞车仍然可以运行，甚至加速到中速时，PLC没检验检测到主轴的信号时，就会导致安全回路动作的发生，进而使得控制回路立即启动安全维护，导致液压站迅即停止工作，无论是盘型闸还是滚筒等不能正常运行，但变频器并没有立即停止工作，IGBT模块仍然在工作，而且正发热，而急需排热。如容易连续工作，容易忽视的话，很容易导致IGBT模块的损坏程度。
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4.2过载造成IGBT模块损坏
在日常的提升过程中，尽管相关人员想抓紧时间，因此加大提升任务量，这样可能导致其超载提升的大量现象。尤其是超载提升次数过多，就会使得IGBT模块在其负荷量之外工作，也就是其设计的工作范围。因为温度过高后，散热不及时，加上温度上升的次数绵延，就会加速IGBT模块的损坏。
4.3工作环境温度过高造成IGBT模块损坏
我们知道，在设计中IGBT模块位于里面，如在日常的检查中，对其维护力度不全面，就会造成里面积蓄更多的灰尘，影响散热程度，尽管改变了电控室内的降温措施，但效果并不是很理想，还是容易导致IGBT模块的损坏，不可避免。
5 预防措施
5.1修正电控参数，完善保护范围
积极加强变频器的正常工作情况，比如安全回路在良好运行的状态下，能够自身迅速地停止工作。而且可以有效地保证在IGBT模块温度升高的情况，可以尽可能地减少或避免。这时需要相关人员的积极调整。
5.2提升维护人员及操作司机的技术素质
积极通过事故查找深刻广泛的原因，这样可以有效地检测提升机维修维护相关人员的在哪种程度上技术素质偏低的存在，查漏补缺，积极把握其故障点的准确程度与定位，加强平时电控系统日常维修维护的自信心与勇气，增强其胆量与仔细程度，这样可以有效地避免在本身没有故障的情况下，反而造成了大量的故障。因此，要积极地提升自己的技术水平，减少日常事故的发生率，另一方面积极邀请专家的指导，多吸取经验与教训，多总结科学的规律，以更好地应对。
5.3改善电控室的降温方法
加强改换电控室的降温方式，这样可以积极保证其降温效果，而且可以防止其出现积尘，比如换气降温，比如空调降温，给变频器和IGBT模块等创设一个无比美好的运行环境。这样对对于温度地过度升高导致的缺陷一种弥补与缓解，另一方面也是对其更好的防范措施。
6 IGBT在使用中的注意事项
6.1注意静电
由于IGBT含有MOSFET结构，其栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20V～30V。因此由静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一，故在使用IGBT模块（以下简称模块）时需注意以下几点。
（1）需佩带防静电手腕带或其它防静电工具充分放电后，方可触摸模块驱动端子。
（2）对模块进行操作前，应先将电路底板进行良好接地。
（3）在用导电材料连接模块驱动端子前，应先配好线再连接。
6.2注意寄生电感和振荡电压
在应用中除了要保证模块栅极驱动电压低于栅极最大额定电压，也需注意由于栅极连线的寄生电感，和栅极与集电极间的电容会耦合产生使氧化层损坏的振荡电压。为此，应用中通常采用双绞屏蔽电缆（屏蔽层接地）来传送驱动信号，以减少寄生电感；在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。
6.3注意栅极回路故障
当栅极回路不正常或栅极回路损坏时（如:栅极处于开路状态），若在主回路上加上电压，则模块就会损坏，为防止此类故障，应在栅极与发射极之间串接一只10kΩ左右的电阻。
6.4注意模块的散热
模块与散热片的接触面状态和紧固程度直接影响两者间接触热阻，在安装或更换模块时，应在模块与散热片间均匀涂抹适量导热硅脂，并紧固适当，以尽量减少接触热阻。一般模块的散热片底部都安装有冷却装置（风扇或风机等），当冷却装置故障引起散热片散热不良时，将导致模块发热过高而故障。因此应定期对冷却装置进行检查，必要时可在模块上靠近散热片的地方安装温度感应器，以便温度过高时报警或停止模块工作。
7 结束语
综上所述，加强对变频器IGBT开路故障诊断方法的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的变频器IGBT开路故障诊断工作过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
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[2]李序葆，赵永健.电力电子器件及其应用[M].北京:机械工业出版社.2017（01）：115-116.
[3]王映波.IGBT故障状态测试[J].变频器世界.2016（21）：88-89.
论文作者:孙世伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/20
标签：模块论文; 栅极论文; 阻值论文; 变频器论文; 电压论文; 故障论文; 开路论文; 《基层建设》2017年第35期论文;