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(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。

一個(gè)N溝道增強(qiáng)型絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)， N+區(qū)稱為源區(qū)，附于其上的電極稱為源極(即發(fā)射極E)。N基極稱為漏區(qū)。器件的控制區(qū)為柵區(qū)，附于其上的電極稱為柵極(即門極G)。溝道在緊靠柵區(qū)邊界形成。在C、E兩極之間的P型區(qū)(包括P+和P-區(qū))(溝道在該區(qū)域形成)，稱為亞溝道區(qū)(Subchannel region)。而在漏區(qū)另一側(cè)的P+區(qū)稱為漏注入?yún)^(qū)(Drain injector)，它是IGBT特有的功能區(qū)，與漏區(qū)和亞溝道區(qū)一起形成PNP雙極晶體管，起發(fā)射極的作用，向漏極注入空穴，進(jìn)行導(dǎo)電調(diào)制，以降低器件的通態(tài)電壓。附于漏注入?yún)^(qū)上的電極稱為漏極(即集電極C)。IGBT的開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP(原來為NPN)晶體管提供基極電流，使IGBT導(dǎo)通。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT關(guān)斷。IGBT的驅(qū)動(dòng)方法和MOSFET基本相同，只需控制輸入極N-溝道MOSFET，所以具有高輸入阻抗特性。當(dāng)MOSFET的溝道形成后，從P+基極注入到N-層的空穴(少子)，對(duì)N-層進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減小N-層的電阻，使IGBT在高電壓時(shí)，也具有低的通態(tài)電壓。

柵極結(jié)構(gòu)IGBT的柵極結(jié)構(gòu)是控制電流流動(dòng)的關(guān)鍵部分。柵極位于絕緣層上方，與N-溝道直接相連。通過施加正或負(fù)的電壓來控制柵極，可以調(diào)節(jié)N-溝道的導(dǎo)電性。當(dāng)柵極施加正電壓時(shí)，電子被吸引至N-溝道，增加導(dǎo)電性;反之，當(dāng)施加負(fù)電壓時(shí)，電子被排斥，減少導(dǎo)電性。這種控制能力使得IGBT可以靈活地調(diào)節(jié)電流流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精確的功率控制。同時(shí)，絕緣層的存在有效隔離了柵極與N-溝道，防止電流泄漏。柵極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)影響著IGBT的性能和響應(yīng)速度，對(duì)于功率開關(guān)應(yīng)用具有重要意義。

絕緣層絕緣層位于柵極與N-溝道之間，起到隔離和保護(hù)的作用。通常采用氧化硅等材料構(gòu)成，具有高絕緣性能，可有效防止柵極與N-溝道之間的電流泄漏。絕緣層的厚度和質(zhì)量直接影響著IGBT的性能和穩(wěn)定性。厚度越大，絕緣效果越好，但也會(huì)增加器件的電壓降和響應(yīng)時(shí)間。因此，在設(shè)計(jì)過程中需要平衡絕緣層的厚度和性能需求。絕緣層的優(yōu)化可以提高IGBT的耐壓能力和抗干擾能力，從而提高器件的可靠性和穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于電力電子、驅(qū)動(dòng)器和逆變器等領(lǐng)域。

IGBT模塊有三個(gè)端子，分別是G，D，S，在G和S兩端加上電壓后，內(nèi)部的電子發(fā)生轉(zhuǎn)移(半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)，這也是為什么用半導(dǎo)體材料做電力電子開關(guān)的原因)，本來是正離子和負(fù)離子一一對(duì)應(yīng)，半導(dǎo)體材料呈中性，但是加上電壓后，電子在電壓的作用下，累積到一邊，形成了一層導(dǎo)電溝道，因?yàn)殡娮邮强梢詫?dǎo)電的，變成了導(dǎo)體。如果撤掉加在GS兩端的電壓，這層導(dǎo)電的溝道就消失了，就不可以導(dǎo)電了，變成了絕緣體。若在IGB模塊T的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓，則MOSFET導(dǎo)通，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通;若IGBT的柵極和發(fā)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。

變頻器由主回路、電源回路、IGBT驅(qū)動(dòng)及保護(hù)回路、冷卻風(fēng)扇等幾部分組成。其結(jié)構(gòu)多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設(shè)置環(huán)境不合理，將容易造成變頻器誤動(dòng)作及發(fā)生故障，或者無法滿足預(yù)期的運(yùn)行效果。為防患于未然，事先對(duì)故障原因進(jìn)行認(rèn)真分析尤為重要。

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、接觸器等元件組成。其中許多常見故障是由電解電容引起。電解電容的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內(nèi)部溫度所決定，在回路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)選定了電容器的型號(hào)，所以內(nèi)部的溫度對(duì)電解電容器的壽命起決定作用。因此一方面在安裝時(shí)要考慮適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度，另一方面可以采取措施減少脈動(dòng)電流。采用改善功率因數(shù)的交流或直流電抗器可以減少脈動(dòng)電流，從而延長(zhǎng)電解電容器的壽命。在電容器維護(hù)時(shí)，通常以比較容易測(cè)量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況，當(dāng)靜電容量低于額定值的80%，絕緣阻抗在5MΩ以下時(shí)，應(yīng)考慮更換電解電容器。故障現(xiàn)象：變頻器在加速、減速或正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)過電流跳閘。

洛陽(yáng)變頻器銷售首先應(yīng)區(qū)分是由于負(fù)載原因，還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障，可通過歷史記錄查詢?cè)谔l時(shí)的電流，超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設(shè)定值，而三相電壓和電流是平衡的，則應(yīng)考慮是否有過載或突變，如電機(jī)堵轉(zhuǎn)等。在負(fù)載慣性較大時(shí)，可適當(dāng)延長(zhǎng)加速時(shí)間，此過程對(duì)變頻器本身并無損壞。若跳閘時(shí)的電流，在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設(shè)定范圍內(nèi)，可判斷是IGBT模塊或相關(guān)部分發(fā)生故障。首先可以通過測(cè)量變頻器的主回路輸出端子U、V、W，分別與直流側(cè)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(qū)動(dòng)電路出了故障。如果減速時(shí)IGBT模塊過流或變頻器對(duì)地短路跳閘，一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅(qū)動(dòng)電路故障;而加速時(shí)IGBT模塊過流，則是下半橋的模塊或其驅(qū)動(dòng)電路部分故障，發(fā)生這些故障的原因，多是由于外部灰塵進(jìn)入變頻器內(nèi)部或環(huán)境潮濕引起。

控制回路影響變頻器壽命的是電源部分，是平滑電容器和IGBT電路板中的緩沖電容器，其原理與前述相同，但這里的電容器中通過的脈動(dòng)電流，是基本不受主回路負(fù)載影響的定值，故其壽命主要由溫度和通電時(shí)間決定。由于電容器都焊接在電路板上，通過測(cè)量靜電容量來判斷劣化情況比較困難，一般根據(jù)電容器環(huán)境溫度以及使用時(shí)間，來推算是否接近其使用壽命。

電源電路板給控制回路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路和表面操作顯示板以及風(fēng)扇等提供電源，這些電源一般都是從主電路輸出的直流電壓，通過開關(guān)電源再分別整流而得到的。因此，某一路電源短路，除了本路的整流電路受損外，還可能影響其他部分的電源，如由于誤操作而使控制電源與公共接地短接，致使電源電路板上開關(guān)電源部分損壞，風(fēng)扇電源的短路導(dǎo)致其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路板就比較容易發(fā)現(xiàn)。邏輯控制電路板是變頻器的核心，它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大規(guī)模集成電路，具有很高的可靠性，本身出現(xiàn)故障的概率很小，但有時(shí)會(huì)因開機(jī)而使全部控制端子同時(shí)閉合，導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)EEPROM故障，這只要對(duì)EEPROM重新復(fù)位就可以了。IGBT電路板包含驅(qū)動(dòng)和緩沖電路，以及過電壓、缺相等保護(hù)電路。從邏輯控制板來的PWM信號(hào)，通過光耦合將電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入IGBT模塊，因而在檢測(cè)?？斓耐瑫r(shí)，還應(yīng)測(cè)量IGBT模塊上的光耦。

控制回路中，電容器的壽命受溫度和使用時(shí)間的影響。邏輯控制電路板雖然可靠，但需注意電源短路對(duì)其他電路的影響。冷卻系統(tǒng)中，由于冷卻風(fēng)扇的壽命相對(duì)較短，建議在變頻器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，每2至3年更換一次風(fēng)扇，以確保冷卻系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

外部電磁干擾可能通過輻射或電源線侵入變頻器內(nèi)部，導(dǎo)致異?；驌p壞。為減少影響，可在變頻器周圍的繼電器和接觸器控制線圈上加裝浪涌吸收器等裝置，并盡量縮短控制回路的長(zhǎng)度。檢測(cè)IGBT模塊時(shí)，需注意其外觀的物理?yè)p傷，同時(shí)進(jìn)行電氣性能測(cè)試，以確保其正常工作狀態(tài)。主回路匯集了多種元件，如三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IGBT逆變橋等。其中，電解電容的故障尤為常見。電解電容的壽命受到溫度和脈動(dòng)電流的雙重影響。通過測(cè)量靜電容量來判斷其劣化程度至關(guān)重要。當(dāng)靜電容量低于額定值的80%，即需要考慮更換電解電容器。以此確保主回路的穩(wěn)定運(yùn)行。電流過大而跳閘的現(xiàn)象可能是負(fù)載問題，也可能是變頻器本身的問題。在變頻器故障時(shí)，需要檢查負(fù)載與IGBT模塊的問題，例如是否存在過載或者突變情況。