Hybrydowe Moduły IGBT

Większość współczesnych falowników posiada elementy mocy skupione w jednej obudowie układu hybrydowego. Taki układ potocznie nazywa się “modułem IGBT” lub “hybrydowym modułem IGBT” i oprócz tranzystorów IGBT, które są tam głównymi elementami mocy, zawiera często drivery nimi sterujące oraz prostownik trójfazowy.

Moduły IGBT wykonane są w technologii grubowarstwowej w taki sposób, że na płytce ceramicznej napylone są warstwy półprzewodnikowe oraz inne warstwy tworzące elementy bierne. Powierzchnie przewodzące łączone są często poprzez zgrzewanie za pomocą cienkiej srebrzanki, która też łączy nogi układu z elementami jego struktury.
Cały moduł jest zalewany zazwyczaj lepkim żelem o właściwościach dielektrycznych, który ma jednocześnie zabezpieczać delikatną strukturę przed uszkodzeniami mechanicznymi i korozją. Zalewę tą zabezpiecza plastikowa pokrywa zgrzana z pozostałą częścią obudowy układu.
Zewnętrzna strona płytki ceramicznej stanowi zazwyczaj aluminiowy radiator układu, który poprzez naniesioną podczas montażu modułu warstwę pasty o dobrej przewodności termicznej i zewnętrzny radiator, ma za zadanie odprowadzenie ciepła ze struktury układu IGBT do otoczenia.

 

układ hybrydowy IGBT

Na zdjęciu powyżej widać klasyczny moduł hybrydowy IGBT wymontowany z falownika trójfazowego małej mocy. Moduł został pozbawiony pokrywy zewnętrznej.
W strukturze modułu, patrząc od lewej strony, możemy wyróżnić niektóre elementy mocy, a więc: prostownik trójfazowy oraz dwa układy mocy z tranzystorami IGBT służącymi do komutacji wyjść falownika oraz sterowania rezystorem hamowania.
W środkowej części modułu widać uszkodzenia powstałe na skutek korozji struktury.

Moduły IGBT są “sercem” falowników, w związku z tym ich wymiana jest znaczącym kosztem podczas napraw.

Firma ELEKTRONIKA SERWIS wykonuje naprawy falowników, w tym diagnozę i wymianę modułów IGBT.

Patrz: Oferta 

Ciekawostki – “rezystor startowy” falownika

Niemal każdy falownik posiada rodzaj miękkiego ładowania baterii kondensatorów filtrujących jego zasilanie oparty o rezystor, który na roboczo można nazwać “rezystorem startowym“. Nazwa jest o tyle uzasadniona, że rezystor ten działa, przynajmniej w teorii, wyłącznie po podłączeniu zasilania głównego falownika, czyli podczas jego startu. Po naładowaniu się kondensatorów prąd pobierany przez nie jest na tyle mały, że nie jest już potrzebne jego ograniczanie, dlatego rezystor startowy jest po chwili zwierany, najczęściej przez przekaźnik elektromechaniczny.
Istnieją oczywiście dużo bardziej wyrafinowane rozwiązania problemu dużego prądu podczas ładowania kondensatorów filtrujących, jednak układ z rezystorem startowym i przekaźnikiem jest układem klasycznym, szeroko stosowanym w falownikach i inwerterach małej i średniej mocy.

uszkodzony rezystor startowy

Powyżej widać właśnie taki rezystor startowy, którego uszkodzenie polega na przepaleniu się cienkiego drutu oporowego, z którego jest wykonany.

Uszkodzenie tego rezystora powstało po kilkuset godzinach pracy falownika, jednak było to jedynie kilka lub kilkanaście “startów”, czyli cykli załączenia jego pracy podczas przyłączenia zasilania głównego falownika.
Ponieważ uszkodzenie powstało w miejscu mechanicznego połączenia spirali drutu oporowego z elementem montażowym (okładziną) rezystora, należy przypuszczać, że przyczyną powstałej awarii była wada fabryczna tego rezystora polegająca na niewłaściwym połączeniu drutu oporowego z okładziną.

Uszkodzenie rezystora startowego w falowniku objawia się brakiem zasilania filtrów kondensatorowych i w konsekwencji falownik jest “martwy” – pozbawiony zasilania głównego.