Kiểm tra và sửa chữa mạch công suất IGBT: quy trình sửa sau nổ, tìm nguyên nhân gốc và thay module

Sửa mạch công suất IGBT trong biến tần không phải là sửa IGBT: module là khối đúc kín, chip hỏng là thay nguyên khối; phần việc thật của thợ là khôi phục toàn bộ mạch xung quanh đã nổ lan — chuỗi kích, điện trở cổng, nguồn kích, tụ DC bus và mạch in bị cháy — sau khi đã tìm ra nguyên nhân gốc khiến IGBT nổ. Thay module mà bỏ qua các phần này thì module mới chỉ là nạn nhân kế tiếp.

Đây là bài thuộc quy trình sửa chữa biến tần; phần nguyên lý, cấu tạo và thông số IGBT mình viết riêng ở bài IGBT trong biến tần, còn kiểm tra module bằng thiết bị chuyên dụng xem ở bài máy kiểm tra IGBT chuyên dụng.

1. Sửa mạch công suất biến tần: IGBT chỉ thay, cái gì sửa được

Đây là bảng mình hay đưa cho khách để họ hình dung việc sửa mạch công suất biến tần thực chất là gì.

2. Nổ lan đến đâu khi sửa mạch công suất biến tần: 4 mức và vết cháy

Trước khi báo giá sửa mạch công suất biến tần, mình chia ca theo mức nổ lan. Cách chia này giúp khách quyết định sửa hay thay máy.

Đọc vết cháy để đoán nguyên nhân

Vết cháy trên module cho gợi ý chứ không phải kết luận. Anh em dùng để biết cần kiểm tra thêm gì.

3. Quy trình sửa mạch công suất biến tần sau cháy nổ

1. Cắt nguồn và xả tụ DC bus. Cắt hoàn toàn nguồn, xả tụ bằng bóng đèn sợi đốt 220V mắc qua hai đầu P–N, xác nhận bằng vôn kế DC. Không xả bằng điện trở nhỏ: ở DC bus khoảng 540V, điện trở 1kΩ/10W chịu công suất ban đầu cỡ 290W nên sẽ cháy.
2. Ngắt motor, đo cách điện motor và cáp. Tháo cáp motor khỏi biến tần trước khi đo, nếu không megohm kế sẽ phá khối công suất. Đo cách điện cuộn dây và cáp với đất, quay tay trục kiểm tra có bị kẹt cơ khí không. Trình tự đo nguội an toàn mình đã viết ở bài các bước kiểm tra lỗi biến tần.
3. Ghi nhận hiện trường. Chụp ảnh vết cháy, vị trí dây và pha nghi hỏng trước khi lau chùi hoặc tháo. Ảnh này là bằng chứng để đoán nguyên nhân và đối chiếu khi lắp lại.
4. Tháo module IGBT và bo kích. Nới vít bắt tản nhiệt đều các điểm, hút thiếc chân hàn, nhấc module ra nhẹ nhàng để không làm bong pad đồng. Tháo bo driver nếu cần kiểm tra riêng.
5. Kiểm tra mức nổ lan. Đo từng khối trong chuỗi: cầu chỉnh lưu, tụ DC bus, 6 kênh driver, điện trở cổng, diode và zener cổng, cảm biến dòng, mạch sạc, brake chopper. Bảng kiểm tra ở mục 3.1.
6. Xử lý than carbon và vệ sinh bo. Vùng bo bị cháy để lại lớp than dẫn điện. Lau cồn IPA là chưa đủ, phải cạo hoặc khoét bỏ phần vật liệu đã than hóa rồi đo điện trở giữa các đường mạch gần nhau.
7. Khôi phục mạch in bị cháy. Nối lại pad và đường mạch bằng dây cách điện chịu áp, giữ đủ khoảng cách cách điện với các đường P, N, sau đó phủ vecni hoặc keo cách điện.
8. Thay linh kiện hỏng quanh IGBT lỗi. Thay các linh kiện đã hỏng hoặc suy giảm quanh IGBT lỗi: driver, điện trở cổng, diode và zener cổng, nguồn kích, tụ. Lúc này chưa lắp module mới.
9. Đo xung ở các chân kích pha trước khi đấu công suất. Cấp nguồn cho bo điều khiển và driver theo cách an toàn (nguồn riêng cho bo kích hoặc DC bus thấp áp có giới hạn), module công suất chưa đấu vào. Đo xung tại chân kích của từng pha bằng oscilloscope với đầu đo vi sai hoặc cách ly. Điều kiện chuẩn: xung cân đều giữa các pha về biên độ, độ rộng và khoảng chết. Pha nào lệch thì quay lại kiểm tra chuỗi kích của pha đó, chưa được đấu công suất.
10. Lắp module mới đúng mã và siết đúng lực. Chỉ khi xung đã cân đều mới lắp module: vệ sinh mặt tản nhiệt, bôi keo mỏng đều, lắp đúng mã, siết vít nhiều bước theo lực khuyến cáo, hàn lại chân. Với module đắt tiền có thể chạy thử bằng module thử trước (mẹo ở mục 3.5).
11. Đo lại, cấp nguồn thử có giới hạn và test tải. Đo lại tĩnh. Cấp nguồn qua bóng đèn hoặc biến áp cách ly, tăng điện áp từ từ, chưa nối motor. Sau đó chạy không tải, rồi có tải thật hoặc tải giả lập, theo dõi dòng và nhiệt tản.

3.1 Kiểm tra mức nổ lan: bảng đo từng khối

Các phép đo trong bảng này thực hiện bằng đồng hồ vạn năng theo cách mình hướng dẫn ở bài sử dụng đồng hồ vạn năng đo kiểm biến tần.

Riêng tụ DC bus: nếu tụ đã phồng hoặc ESR cao thì phải thay trong cùng đợt sửa, cách chọn tụ và quy trình thay mình viết ở bài thay tụ điện trong biến tần.

3.2 Xử lý than carbon trên bo

Nhiều anh em lau cồn rồi lắp lại mà không biết bo vẫn rò. Nền bo bị cháy than hóa thành vật liệu dẫn điện, nên chỉ lau bề mặt là chưa đủ.

• Cạo hoặc khoét bỏ phần vật liệu đã than hóa, không để lại lớp than dưới đường mạch.
• Lau cồn IPA, để khô.
• Đo điện trở giữa các đường mạch gần nhau và giữa mạch với đất. Phải hở hoàn toàn trước khi đi tiếp.

3.3 Khôi phục mạch in bị cháy

• Nối lại pad và đường mạch bằng dây cách điện chịu áp, đúng tiết diện đường mạch cũ.
• Với đường mang điện áp DC bus (P, N) phải giữ đủ khoảng cách cách điện với đường khác và với đất. DC bus ở mức vài trăm vôn nên khoét rộng quá hoặc kéo dây sát nhau là rủi ro.
• Phủ vecni hoặc keo cách điện lên chỗ vá sau khi đã đo cách điện.

3.4 Đo xung ở các chân kích pha trước khi đấu công suất

Sau khi thay hết các linh kiện hỏng quanh IGBT lỗi, mình không lắp module vào ngay. Việc tiếp theo là đo xung ở các chân kích của từng pha. Chỉ khi xung đạt chuẩn mới tính đến chuyện đấu công suất vào.

3.5 Mẹo giảm chi phí và rủi ro với module công suất đắt tiền

Module mới thường là khoản đắt nhất của ca sửa. Để giảm rủi ro khi chưa chắc mạch xung quanh đã sạch lỗi, mình tận dụng module cũ chỉ hỏng phần đầu vào (cầu chỉnh lưu) mà phần ngõ ra (inverter) vẫn còn tốt, đấu vào vị trí module để làm "module thử".

• Đo tĩnh và thử kích các IGBT của module thử trước, chắc phần inverter còn dùng được.
• Cấp DC bus thấp áp từ nguồn ngoài, nên phần chỉnh lưu hỏng không ảnh hưởng.
• Chạy thử đầu ra: xung kích và dòng ra 3 pha. Nếu mạch xung quanh vẫn còn lỗi, module thử chịu rủi ro thay cho module mới.
• Mạch đạt thì tháo module thử, lắp module mới, test lại rồi mới đóng máy trả khách.

4. Tìm nguyên nhân gốc trước khi sửa mạch công suất biến tần

Không tìm nguyên nhân thì module mới chỉ là nạn nhân kế tiếp. Anh em kiểm tra tải trước, vì phần lớn ca nổ bắt nguồn từ ngoài khối công suất.

Các thói quen vận hành làm IGBT chết sớm (reset OC liên tục, tăng sóng mang, cáp dài không lọc) mình đã tổng hợp ở bài IGBT trong biến tần.

5. Chọn module thay thế khi sửa mạch công suất biến tần

Cách đọc mã và các thông số cần khớp (VCES, IC, VCE(sat), Qg, đóng gói) anh em xem ở bài nguyên lý IGBT trong biến tần. Riêng với ca nổ, mình lưu ý 3 điểm:

• PIM: chỉnh lưu và inverter nằm chung một khối. Chỉnh lưu hỏng thì thay nguyên khối, và nếu chỉnh lưu còn tốt vẫn thường thay nguyên PIM vì đó là khối liền.
• IPM: driver và bảo vệ nằm trong khối, cháy là thay nguyên khối, đồng thời phải kiểm tra bo điều khiển phía ngoài.
• Mã gốc ngừng sản xuất: chọn tương đương theo datasheet, đúng thế hệ công nghệ, và chỉnh Rg khi cần. Bài nguyên lý có case thay IGBT khác đời ở KCN Yên Phong, chạy vài ngày nổ lại, chính vì bỏ qua điểm này.

6. Cấp nguồn thử và test tải sau khi sửa mạch công suất biến tần

• Cấp nguồn qua bóng đèn sợi đốt mắc nối tiếp, hoặc qua biến áp cách ly kèm biến áp tự ngẫu. Tăng điện áp từ từ đến định mức, chưa nối motor.
• Kiểm tra DC bus lên đúng giá trị và đo lại xung kích 3 pha khi đã có module (lần đầu đã đo ở mục 3.4). Muốn thử kích từng IGBT trước khi lắp, dùng bộ test kích (xem bài máy kiểm tra IGBT chuyên dụng).
• Chạy không tải, sau đó có tải thật hoặc tải giả lập. Theo dõi dòng 3 pha và nhiệt tản trong ít nhất vài chục phút.

7. Khi nào nên sửa mạch công suất biến tần, khi nào nên thay máy

HLAuto báo giá sau chẩn đoán, nêu rõ từng hạng mục, không phát sinh ẩn. Nếu máy không đáng sửa, bên mình tư vấn thay máy tương đương, kể cả biến tần KDE600 hoặc máy cũ đã qua kiểm định cho ngân sách hạn chế. Anh em xem thêm dịch vụ sửa biến tần của HLAuto để đối chiếu phạm vi xử lý.

8. Những việc hay bị bỏ qua khi sửa mạch công suất biến tần

• Đo cách điện lại sau khi khoét than hoặc vá mạch in.
• Thay đồng bộ chuỗi kích của pha nổ, kể cả linh kiện đo chưa thấy hỏng.
• Đo xung kích cân đều giữa các pha trước khi đấu công suất.
• Thay tụ đã phồng hoặc ESR cao dù máy vẫn chạy được.
• Kiểm tra khoảng cách cách điện của chỗ vá và phủ cách điện.
• Chụp ảnh trước và sau, ghi lại linh kiện đã thay để làm hồ sơ bảo hành.

Đây cũng là các lỗi thợ hay mắc nhất khi thay IGBT: không tìm nguyên nhân gốc, thay mã khác đời cho "cùng dòng cùng áp", cấp nguồn thẳng để thử. Nguyên tắc chọn module đúng đời công nghệ mình phân tích kỹ ở bài IGBT trong biến tần, kèm case thực tế ở KCN Yên Phong.

Câu hỏi thường gặp về sửa mạch công suất biến tần