【话题】2023年大功率变频器维修案例二三例 ——之1（20240318）

1.维修美国瑞恩RELIANCE变频器的疑难杂症一例浅谈

作者 郡控王工

特灵中央空调机组（白色的部分就是瑞恩四象限变频器，新的已经不是瑞恩产品了）

（RELIANCE）瑞恩的产品修得不多，从我手里就只打磨过直流调速器和变频器。伺服器也有，（RELIANCE）瑞恩的驱动，也大多随设备进口配套过来的。今天我要说的这台大功率变频器，是美国特灵（TRANE）中央空调的压缩机驱动变频器，4象限560kw的RELIANCE瑞恩变频器，型号是LF200900CCP，我查了下这种系列好像属于定制品，无单独的经销商渠道。关于这种变频器，以前我写过一篇维修四象限变频器的文章，还拿它专门做过案例。
年初的时候，一个中央空调服务商给我打电话，说有一台罗克韦尔的变频器需要维修，然后发了一堆照片过来，他在电话里说：都检查过了，维保相邻的设备，工人不小心把制冷液溅到变频器里去了，进线侧炸了模块，希望我现场看看报个价，我便驱车去了一趟现场。我以前维修过一些四象限变频器，四象限这种东西，逆变部分坏了相对好修，整流部分坏了，维修反而有一定的技术含量。四象限变频器的整流部分，管进也管出，动态大，原理极其复杂，能玩转逆变部分的维修，不见得您就能够玩转整流部分的维修。看了现场，我详细地了解了故障的经过。
也知道变频器其实已经被人修过了，到我这里，已经有两个同行选择了放弃。
客户希望现场维修，原因是：拉走维修的话，泄放冷媒和抽真空，工作量就不小。我说：四象限变频器比较复杂，只能拆走维修，但进线测的滤波柜不用拆，（四象限变频器没有滤波组件，是无法接电试机的）。至于测试，我自己回公司想办法。
客户问，维修成功几率多大？
回答：主芯片没坏的话，80%+的成功率肯定是有的，但做维修这事，我也不敢保证100%，维修期也需要一个礼拜！客户和数据中心管理层商量了以后，答应了我的要求。

瑞恩四象限变频器图片

（RELIANCE）lf200900ccp这种变频器，变种于AB罗克韦尔700系列,外表看着简单，实则复杂。瑞恩这个品牌，之所以我们见得少，这主要是与它被卖来卖去有关。瑞恩最先也是独立的电气制造商，出过一些优秀的产品，先是被罗克韦尔并购，然后07年罗克韦尔又把他，卖给了美国另一个电气大佬堡德BALDOR公司！不错，就是那个大家常常在市场上见到的伺服品牌，穿黄色马甲的伺服器。所以瑞恩和堡德，终究起来，也算是兄弟关系了。
像这种冷门的机子，配件市场上，Lf200900ccp的板子是不好找的（当然可以找罗克韦尔的替换），即使有，也是天价！冷门机子的维修，算得上真正的芯片级维修工作。任务是承设备接下来了，压力也随之而来，主要是这个中央空调的使用方，是一个网络数据中心，中央空调是保障性设备。机房蔚为壮观，成千上万个服务器一起工作，如果由于过温引起宕机，可不是闹着玩的！后果很严重。数据中心对保障性设备的要求有多高呢？就拿供电电源来说，一般两路供电电源就是重点单位了。这里四路电源，两路不同线路供电，一路发电机组待命，一路大型usb。我接手维修的第二天，数据中心管理方，中央空调的服务人员和租赁商就派员进驻我的维修场地，表面上，他玩他的游戏，我做我的维修。实则搞得我压力山大。做工业设备维修二十年，我也见过一些高大上的东西，但真的派几个人现场督促进度的，我也是头一遭。

铭牌（匹配美国特灵中央空调压缩机）

瑞恩变频器，采用英飞凌三单元450a的模块，并联输入输出。大功率变频器的并联驱动，有两点必需强调：1.驱动电流 （这和驱动电路设计有要求）；2.驱动逻辑保护。同行们可能会说，IGBT的驱动都是电压驱动型的，SCR才是电流驱动呢。这话不错，但驱动电流是一个带载的重要指标，大功率模块内部其实也是并联触发的，数量多了，对驱动电流自然就有要求。而多路并联，相互干扰在所难免，一个小小的干扰问题解决不好，都可能让你的模块炸机。2.逻辑控制，关于驱动的逻辑控制，很多同行可能都发现过，一般大功率并联电路，驱动光耦的初级，很多都采用初是互锁型电路+次级触发取样电路的设计，来保证触发的逻辑关系绝对正确。什么是互锁型呢？就是上下桥无法同时触发，再加上输出端的检测，就可以构成非常安全的驱动电路。
实际维修中，（RELIANCE）瑞恩的触发板，还有空载钳位电路的。这个电路的作用就是：当母线电压正常供给的时候，由于电位差的关系，取样电位钳位截止的。当母线电压没加上模块的时候，这个电路无法驱动。模块的G/E驱动电位，静态正常，动态怎么测都不正常，且光耦次级过流。这个奇特的电路设计，困扰了我一个上午，明明桌面测试一切正常，只要装机触发，波形就严重失真！后来拆板绘图分析，终究搞懂了人家的设计。（RELIANCE）瑞恩的前级驱动，照搬了罗克韦尔四象限变频器的设计，逻辑互锁，电流检测，电压检测，最终都归结到初级驱动部分上来，七转八转的非常复杂。
我的维修经验是，查芯片PDF,认真研究其真值表，该屏蔽的屏蔽，该断开的直接断开，然后上电，直接从排线源头触发驱动。这样，如果通路正常了，芯片大至也是正常的。再反过来研究控制关系，可以起到事半功倍的效果。
由于有以前积累的经验打底，三天后，我让这台变频器转了起来，总算松了一口气。三拨人看见我加班加点，还带了电机试载，都确认维修成功无疑，便拉走变频器，只等上机。可我没料到的是，更大的梗还等着我呢。唉，玩烙铁这活，有些故障，让人始料未及！

瑞恩变频器驱动板图片

数据中心的制冷机房，是四台机组，两用两备。第一次试机一切正常，第二次由于天气转凉，运营单位为了节约电费，只开一台机组制冷，故障就出现了。事情是这样：开机制冷机组前半段加载顺利，且线性，当电流急速顶到700a以上的时候，变频器就会报警：三相输入电源故障停机！
我当时听了这个情况，也是一头雾水，都正常运行了，这是什么鬼嘛！去现场，先调试，发现可以调整进线测数据让制冷机组达到预设的温度值（机组压力），但加速不线性，有时运行几个小时，有时运行十几个小时，上位机会报警停机，显示：喘震故障！奇怪的是变频器上不出现故障。大型机组，都对喘震有着极高的重视，喘震可以让设备发生很多连带的问题甚至报废，所以这个故障是无法复位的。鉴于变频器无故障报警，只能重新上电开机，发现变频器电流只要达到700a以上，变频器就又报：三相电源进线故障停机。
维修一时找不出头绪。只能让客户先启动两台设备用着。回来思考了两天，如鲠在喉。中央空调服务商也没闲着，为了判断上位机会不会有问题，带了特灵代理商的技术人员过来确认，技术人员说是变频器的问题，事情又回到了我的头上。经过仔细的分析，问题还得靠现场解决。这次我带了一个帮手，目的是让他帮我看进线测的电流表，我自己监视变频器三相电流反馈值，两人两个地方，确认电流显示是否一致。一样，可以确定电流监测是正确的。
别说，还真给我看出了问题，当进线S相电流超过450安的时候，开始和另外两相R/T拉开距离，随着电流的增加，进线测电流相差高达70安以上！这样肯定会报警了！困惑我的第二个问题是，为什么调整整流参数，就可以不报警呢？仔细研究说明书发现，（RELIANCE）瑞恩这个变频器，因为走通讯，专门匹配了一张总线板卡，自带存储器，每次上电默认现场总线数据复位。也就是说，我调整整流部分参数（相当于强制平衡了进线测供电电源），变频器可以不报警，但上位机实际监测，认为出了故障，大电流的时候，三相电流相差太大，而三相不平衡就会引发喘震故障。所以就发生了上位机报警而变频器不报警的错位现象，也像极了上位机出现问题，引发维修误判。而每次上电，瑞恩变频器因为默认现场通讯卡数据，我修改的数据就随之变回原来的参数，没有那些数据平衡进线测电源，变频器每次上电重启，就又会报三相进线故障了。
搞清楚原理，事情就有了解决的办法。
我的判断是：1故障出现在三相检测电流电路，霍尔或运放电路；2.三相进线取样电路，这可以排除外部进线电压的热中继继电器，取样板卡上查找问题。事实证明我的判断基本正确，经过跟电路板，最终发现主板上电流运放上负反馈电阻有变质的嫌疑，更换，第四次现场试机，变频器可以快速加载到800a，而三相输入平衡。维修终于告一段落。