變頻器原理及維修培訓(xùn)

1、變頻器原理及維修培訓(xùn)變頻器原理及維修培訓(xùn)主講：劉善平山東華聚能源濟(jì)二電廠Your site hereLOGO 目目 錄錄v 第一章 變頻器結(jié)構(gòu)及原理；v 第二章 變頻器維修第一章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第一章：變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.1 1.1 變頻器的組成變頻器的組成 變頻器只要包括：變頻器只要包括：1.1.整流部分；整流部分；2.2.逆變部分；逆變部分；3.3.信號輸入、輸出；信號輸入、輸出；4.4.開關(guān)電源；開關(guān)電源；5.PWM5.PWM系統(tǒng)；系統(tǒng)；6.6.驅(qū)動電路；驅(qū)動電路；7.7.內(nèi)部通訊電路內(nèi)部通訊電路；Your site hereLOGOv變頻器結(jié)構(gòu)框圖Your site hereLOGOv1

2、.2主電路主電路v整流電路、起動保護(hù)、濾波電路、逆變電路 、指示電路 、制動單元 、輸入端子、 輸出端子。 Your site hereLOGOv 1.整流電路v VD1VD6整流二極管，c1、c2，濾波電容，RL，限流電阻。Your site hereLOGOv 2.制動電路v 圖中RB電阻和VTB是制動選件，當(dāng)電動機(jī)產(chǎn)生回饋電能，使UPN電壓達(dá)到700V， VTB受控導(dǎo)通，電動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成的電能通過RB電阻消耗，電動機(jī)得到制動力矩停止。Your site hereLOGOv 3.逆變電路v 將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電v 圖中，VT1VT6，逆變管，VD7VD12，續(xù)流二極管Your si

3、te hereLOGO1）逆變原理下面分析怎樣將一個直流電變?yōu)檎也ǖ膯栴}。采樣原理PWM技術(shù)的理論基礎(chǔ)是采采樣控制理論中的面積等樣控制理論中的面積等效控制原理。即：加在效控制原理。即：加在慣性環(huán)節(jié)上的窄脈沖，慣性環(huán)節(jié)上的窄脈沖，盡管形狀不同，只要面盡管形狀不同，只要面積相等，其作用在慣性積相等，其作用在慣性環(huán)節(jié)上的效果相同（慣環(huán)節(jié)上的效果相同（慣性環(huán)節(jié)就是電感、電性環(huán)節(jié)就是電感、電容）。容）。Your site hereLOGO脈寬調(diào)制波SPWM：將一個正弦波電壓分為N等份，并把正弦曲線每一等份所包圍的面積都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，脈沖的寬度與正弦波的大小成正比，這樣得到的脈

4、沖列，就是SPWM波。 實際應(yīng)用中SPWM波的形成：調(diào)制方法： 利用載波和調(diào)制波相比較方式來確定脈寬和間隔。調(diào)制波ur： 所希望生成的等效正弦波載波uc： 等腰三角波或鋸齒波Your site hereLOGO3)三相逆變波形加在6只逆變管上的信號都為開關(guān)信號，6只逆變管就相當(dāng)于6個開關(guān)，管子導(dǎo)通相當(dāng)于開關(guān)閉合，截止時相當(dāng)于開關(guān)斷開。Your site hereLOGO4. .開關(guān)器件開關(guān)器件1 1）二極管）二極管二極管是單向?qū)щ娖骷O管是單向?qū)щ娖骷?，加正向電壓，?dǎo)通，加正向電壓，導(dǎo)通，相當(dāng)開關(guān)閉合；加反相當(dāng)開關(guān)閉合；加反向電壓，截止，相當(dāng)向電壓，截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開于開關(guān)斷開Your

5、site hereLOGO2）絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBT）結(jié)構(gòu)及外形IGBT是MOS和GTR取長補(bǔ)短相結(jié)合的產(chǎn)物，具有柵極G、集電極C、和發(fā)射極E的三個引出端。Your site hereLOGO 6.1.2其他電路 1.輸入端隔離電路 變頻器有一系列的輸入端子，這些輸入端子和CPU是通過隔離電路聯(lián)系的。輸入端隔離電路出了問題，影響端子的正常輸入，因為每個輸入端子獨(dú)立連接一只光電耦合器，哪一只光電耦合器出了問題，那一路輸入端子不能正常工作。Your site hereLOGOv 2.I-U轉(zhuǎn)換電路v 該電路是模擬輸入電壓、電流、以及模擬輸出指示端子的轉(zhuǎn)換電路。該電路出了問題，

6、會影響這幾路信號的正常工作。Your site hereLOGOv 3.DC/DC電源v 這是變頻器除了主電路之外所有電路的供電電源。它出了故障，整個變頻器停止工作。因為該電源的輸出端是分組輸出，哪一組出了問題，影響那一組所對應(yīng)的電路。Your site hereLOGOv 開關(guān)電源電路圖v 圖中L1為一次電路，L2、L3、L4、L5為二次電路，工作時一次電路導(dǎo)通，二次電路截止，一次電路截止時，二次電路導(dǎo)通。二次電路的輸出電壓由開關(guān)管的脈沖寬度調(diào)節(jié)。v 開關(guān)電源容易損壞的元件是濾波電容、整流二極管、開關(guān)管。Your site hereLOGOv 4.過壓/欠壓保護(hù)電路v 該電路是直流母線電壓的

7、檢測電路，檢測直流母線欠壓或過壓。該電路出了問題，一是不能正確的提供檢測保護(hù)信號，產(chǎn)生誤報；二是失去保護(hù)功能，使制動電阻不能工作，引起主電路過壓而損壞。Your site hereLOGOv 5.驅(qū)動電路v 該電路是將CPU輸出的PWM信號進(jìn)行放大，驅(qū)動IGBT開關(guān)工作。該電路和主電路緊密相連，是很重要，又容易出故障的一部分電路Your site hereLOGOv 1 1）驅(qū)動電路）驅(qū)動電路隔離放大、驅(qū)動放大電路、驅(qū)動電路電源光耦隔離電路圖中IC為PWM輸出和驅(qū)動電路的隔離電路。當(dāng)驅(qū)動電路損壞不至于將故障擴(kuò)大到PWM發(fā)生電路。V1為第一級放大；V2、V3為輸出跟隨器，提高輸出能力。圖中穩(wěn)壓管

8、DZ使電源電壓穩(wěn)定在20V。注：隔離電路中的光耦隔離集成塊容易損壞。Your site hereLOGOv 2）驅(qū)動電路和電源的連接電路作用：為驅(qū)動電路提供直流電源。該電路由一只5V穩(wěn)壓管取得5V電源，加在IGBT開關(guān)管的發(fā)射極上，使驅(qū)動信號在零時，保證IGBT控制極為5V的負(fù)電壓，使管子可靠的截止。該電源需要4組，三個帶浮地，一個直接接地。該電源由變頻器的DC/DC直流電源提供。Your site hereLOGO6.保護(hù)電路v 是保護(hù)逆變橋過流、過壓、過載等的保護(hù)電路。它由檢測、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等電路組成。該電路出了故障，一是誤報；二是失去保護(hù)功能，造成逆變橋的損壞。Your site h

9、ereLOGOv 1）電流檢測電路v 通過檢測變頻器的輸出電流，進(jìn)行過流、過載計算，當(dāng)判斷為過流、過載，立即封鎖變頻器的輸出脈沖，使PWM電路停止工作。R121為檢測電阻，檢測電流為1A。v (檢測電流為100A,R121為0.015 )。Your site hereLOGOv 2）直流電壓檢測電路v 為保證電網(wǎng)電壓變化時，仍能保證U/f=C的控制方式，由該電路實時檢測直流電路的電壓Ud,根據(jù)Ud的變化調(diào)整PWM波的占空比。Your site hereLOGOv 7.操作面板v 操作面版是采用接插件連接，接觸不良，會引起個別功能消失，供電不良會引起黑屏。個別功能部件失靈，可能是按鍵接觸虛。Yo

10、ur site hereLOGOv 9.故障接點(diǎn)開關(guān)v 該開關(guān)主要為變頻器的故障報警用，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，該端子輸出故障信號。Your site hereLOGOv 10.單片機(jī)v 單片機(jī)又稱CPU，是整個變頻器的核心器件，如同人的大腦，輸出各種控制信號和處理輸入、檢測等信號。v CPU是集成電路，又經(jīng)過層層保護(hù)，故障率很低。正常工作時的損壞率很低，雷擊、變頻器電源引起的過壓、工作環(huán)境潮濕、靜電感應(yīng)等可能引起損壞。在故障維修時，沒有充分的理由，不要輕易懷疑單片機(jī)有問題。因為單片機(jī)有問題，就得換主板。Your site hereLOGOv 11.16MHz晶振v 晶振是CPU的主頻震蕩器震蕩器

11、件。它不是一個很耐用的器件。在眾多的電子設(shè)備中，晶振的損壞時有發(fā)生。因為他的結(jié)構(gòu)是兩個金屬片中夾著一塊晶體，晶體怕震、怕氧化。晶振出了問題，整個變頻器都不能正常工作。Your site hereLOGO高壓變頻器簡介高壓變頻器簡介v 我們習(xí)慣上把額定電壓為6kV或3kV的電動機(jī)稱為“高壓電動機(jī)”，因此，我們也把工作電壓在1lOkV的變頻器統(tǒng)稱為中中( (高高) )壓變頻器壓變頻器。v 中（高）壓變頻器因為工作電壓升高，開關(guān)器件因為受到耐壓的限制，不能完全承受電源的高電壓，使主電路和低壓變頻器有了很大的區(qū)別。為了使變頻器能工作在高電壓，人們研究出了多種不同的電路結(jié)構(gòu)。Your site here

12、LOGOv 1.高-低-高變頻器v 它是把電網(wǎng)的高壓或中壓經(jīng)降壓變壓器降為低壓，通過低壓變頻器變頻，然后再經(jīng)升壓變壓器將低壓升為中壓，供給電動機(jī)運(yùn)行。實際上這種電路結(jié)構(gòu)所用的變頻器為低壓變頻器。Your site hereLOGOv 2.高中型v 高中型變頻器是把電網(wǎng)的高壓經(jīng)降壓變壓器v 降為中壓，送入中壓變頻器，中壓變頻器的輸出驅(qū)動電動機(jī)。Your site hereLOGOv 功率單元串聯(lián)高壓變頻器v 功率單元串聯(lián)高壓變頻器，屬于“高中型”變頻器。主電路是利用移相變壓器降壓，再通過多個低壓變頻功率單元串聯(lián)組成。各功率單元分別由多繞組移相降壓變壓器的一組二次繞組供電。多繞組移相降壓變壓器是功

13、率單元串聯(lián)高壓變頻器電路中的一個重要部件。Your site hereLOGOv 變頻器檢修作業(yè)前應(yīng)注意安全，最好有專人監(jiān)護(hù)，確保人身、設(shè)備安全，不要人為將故障擴(kuò)大。切忌將變頻器的輸入輸出端接反，否則直接損壞變頻器;在檢修過程中注意變頻器停電后直流母線上會有高壓，應(yīng)等待5分鐘以上，方可觸摸，或者人為對電容放電，按電容放電標(biāo)準(zhǔn)安全作業(yè)，放完電后方可繼續(xù)作業(yè);變頻器在通電待機(jī)狀態(tài)下或已啟動在給定零轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，其輸出端三相對地都有直流200v左右高壓，請注意人身安全;在對控制板檢測時最好不要用手觸摸板上集成芯片的管腳，以防靜電損壞集成芯片，造成不必要的損失。 第二章：變頻器維修第二章：變頻器維修 完

14、全注意事項完全注意事項Your site hereLOGOv 1、開關(guān)電源部分1、檢測整流電路D1D4是否擊穿或斷路，濾波電路的電容是否損壞，平衡電阻R1、R2是否正常，降壓電阻R3是否燒斷或阻值增大失效（斷電情況下測試）。 2、檢測開關(guān)管b-e結(jié)、c-e結(jié)是否有擊穿短路現(xiàn)象、測量開關(guān)變壓器各個繞組是否有短路現(xiàn)象，以確定開關(guān)管、及開關(guān)變壓器的好壞（斷電情況下測試）。 3、檢測次級輸出繞組的整流濾波元件，重點(diǎn)察看濾波電容是否鼓包或損壞，以排除次級電路短路的可能。 4、檢測吸收回路D5、R11、C9是否正常（斷電情況下測試）。 Your site hereLOGOv 5、在確定上述元件正常的情況下

15、，我們可以把開關(guān)電源板從變頻器上取下單獨(dú)對其進(jìn)行加電試驗。用調(diào)壓器緩緩地調(diào)至開關(guān)電源的額定電壓值，此時應(yīng)能聽到變壓器起振時的吱吱聲，如沒有聽到起振的聲音，用萬用表檢測UC3844的電源正、負(fù)級之間是否有12V16V左右的直流電壓。 6、在確定UC3844的供電端電壓正常后，可用示波器察看一下UC3844的6腳是否有PWM波輸出到開關(guān)管的觸發(fā)端（根據(jù)電路設(shè)計的不同，PWM波的頻率一般在20KHZ100KHZ之間）。 7、如果沒有PWM波輸出，則更換定時元件C5、R8、C6或UC3844。經(jīng)過上述幾個步驟的排除，開關(guān)電源應(yīng)該可以正常工作了。在變頻器中，開關(guān)電源的種類很多，但基本原理都是一樣的，比如

16、說每個PWM管理芯片都有供電端、定時元件RC網(wǎng)絡(luò)、輸出PWM波的端口等，只要我們了解了它們的工作原理，按照一定的方法步驟都能夠把故障排除掉。 Your site hereLOGO案例案例1v ：變頻器（故障現(xiàn)象：上電無顯示）經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)電源主回路、充電電阻、主回路接觸器都正常，因此確定為開關(guān)電源板故障。按照上述維修步驟對開關(guān)電源板進(jìn)行測量。在進(jìn)行第一步測量時，發(fā)現(xiàn)直流母線560V到PWM調(diào)制芯片之間的的330K/2W的降壓電阻損壞，標(biāo)稱330K/2W的電阻，實際測量值達(dá)2M以上，因此PWM調(diào)制芯片得不到啟動的電源，所以無法起振工作。為謹(jǐn)慎起見又檢測了開關(guān)管、變壓器、整流二極管及濾波電容等關(guān)鍵器件

17、，在確定沒問題之后上電試驗，OK！開關(guān)電源起振，輸出各組電壓正常，裝回變頻器后開機(jī)試驗正常，此變頻器修復(fù)完畢（注：維修人員在維修中，一定要養(yǎng)成習(xí)慣：發(fā)現(xiàn)壞元件后不要急于更換試機(jī)，一定要把功率大的、容易壞的元件都測一下，確定沒問題后再試機(jī)，這樣既安全又保險）。 Your site hereLOGO案例案例2 2v 變頻器（故障現(xiàn)象：上電無顯示）經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)電源主回路、充電電阻、主回路接觸器都正常，故障確定在電源板。按照維修步驟對開關(guān)電源板進(jìn)行測量。第一步測量通過，第二步測量時發(fā)現(xiàn)開關(guān)管c-e結(jié)擊穿，將其拆下，然后檢測變壓器、及整流二極管、濾波電容等關(guān)鍵器件，在確定沒問題之后上電試驗，輸出各組電壓正

18、常，裝機(jī)測試正常，故障排除。 【案例3】：變頻器（故障現(xiàn)象：上電無顯示）經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)電源主回路、充電電阻、主回路接觸器都正常，故障確定在電源板。按照維修步驟對開關(guān)電源板進(jìn)行測量。第一步測量通過，第二步測量通過，第三步測量通過，第四步測量通過，然后單獨(dú)對電源板加電測量PWM調(diào)制芯片的電源端對地有12.5V左右的電壓，說明供電正常。用示波器看芯片的PWM輸出端，發(fā)現(xiàn)沒有PWM調(diào)制波形。更換PWM調(diào)制芯片后，上電試驗正常，故障排除。 Your site hereLOGO2、整流模塊故障、整流模塊故障v Your site hereLOGO3、IGBT故障故障Your site hereLOGOv 造成

19、驅(qū)動損壞的原因有各種各樣的，一般來說出現(xiàn)的問題也無非是U，V，W三相無輸出，或者輸出不平衡，再或者輸出平衡但是在低頻的時候抖動，還有啟動報警等等。 v 當(dāng)一臺變頻器大電容后的快熔開路，或者是IGBT逆變模塊損壞的情況下，驅(qū)動電路基本都不可能完好無損，切不可換上好的快熔或者IGBT逆變模塊，這樣很容易造成剛換上的好的器件再次損壞。 v 這個時候應(yīng)該著重檢查下驅(qū)動電路上是否有打火的印記，這里可以先將IGBT逆變模塊的驅(qū)動腳連線拔掉，用萬用表電阻擋測量六路驅(qū)動電路是否阻值都相同但是極個別的變頻器驅(qū)動電路不是六路阻值都相同的如三菱、富士等變頻器。Your site hereLOGOv 如果六路阻值都基

20、本相同還不能完全證明驅(qū)動電路是完好的，接著需要使用電子示波器測量六路驅(qū)動電路上電壓是否相同，當(dāng)給一個啟動信號時六路驅(qū)動電路的波形是否一致如果手里沒有電子示波器的話，也可以嘗試使用數(shù)字式電子萬用表來測量驅(qū)動電路六路的直流電壓。v 一般來說，未啟動時的每路驅(qū)動電路上的直流電壓約為10V左右，啟動后的直流電壓約為2-3V，如果測量結(jié)果一切正常的話，基本可以判斷此變頻器的驅(qū)動電路是好的。 Your site hereLOGOv接著就將IGBT逆變模塊連接到驅(qū)動電路上，但是記住在沒有100%把握的情況最穩(wěn)妥的方法還是將IGBT逆變模塊的P從直流母線上斷開，中間接一組串聯(lián)的燈泡或者一個功率大一點(diǎn)的電阻，這

21、樣能在電路出現(xiàn)大電流的情況下，保護(hù)IGBT逆變模塊不被大電容的放電電流燒壞。Your site hereLOGO案例案例1v 安川616G5，3.7kW的變頻器 安川616G5，3.7kW的變頻器，故障現(xiàn)象為三相輸出正常，但在低速時電動機(jī)抖動，無法進(jìn)行正常運(yùn)行。v 首先估計多數(shù)為變頻器驅(qū)動電路損壞，正確的解決辦法應(yīng)該是確定故障現(xiàn)象 后將變頻器打開，將IGBT逆變模塊從印刷電路板上卸下，使用電子示波器觀察六路驅(qū)動電路打開時的波形是否一致，找出不一致的那一路驅(qū)動電路。v 更換該驅(qū)動電路上的光耦，一般為PC923或者PC929，若變頻器使用年數(shù)超過3年，推薦將驅(qū)動電路的電解電容全部更換，然后再用示波

22、器觀察，待六路波形一致后，裝上IGBT逆變模塊，進(jìn)行負(fù)載實驗，抖動現(xiàn)象消除。 Your site hereLOGO4 4、變頻器變頻器欠壓故障的原因：欠壓故障的原因：v 1、電源缺相v 原因：當(dāng)變頻器電源缺相后，三相整流變成二相整流，在帶上負(fù)載后，致使整流后的DC電壓偏低，造成欠壓故障。v 對策：檢查變頻器電源的空開或接觸器觸點(diǎn)是否接觸良好，觸點(diǎn)電阻是否太大，輸入電壓是否正常等。v 2、變頻器內(nèi)部直流回路的限流電阻或短路限流電阻的晶閘管損壞v 原因：當(dāng)限流電阻或短路限流電阻的晶閘管損壞時，變頻器內(nèi)部的濾波電容就不能充電，造成欠壓故障。v 對策：找到電阻或晶閘管損壞的原因（如電機(jī)頻繁起動，變頻器

23、容量小和電機(jī)不匹配等），更換限流電阻或晶閘管。Your site hereLOGOv 3、同時工作或同時起動的變頻器過多v 原因：當(dāng)多臺變頻器同時起動或工作時，會造成電網(wǎng)電壓出現(xiàn)短暫的下降，當(dāng)電壓下降持續(xù)時間超過變頻器允許的時間（一般變頻器都有一個允許壓降的最短時間）時，就會造成變頻器的欠壓故障。v 對策：盡量減少同時起動或工作的變頻器的臺數(shù)，變頻器輸入側(cè)加裝AC電抗器，實在不行就增加供電變壓器的容量。v 4、外界或變頻器之間的干擾v 原因：外界的干擾或變頻器間的互相干擾可能造成變頻器檢測電子線路非正常工作，導(dǎo)致變頻器的誤報警。Your site hereLOGO5 5、變頻器過電壓故障的原因

24、、變頻器過電壓故障的原因 v 1、對于無制動電阻及制動單元的變頻調(diào)速系統(tǒng)，在停機(jī)時可能出現(xiàn)過電壓v 原因：主要原因是減速時間設(shè)定太短，造成停機(jī)時電機(jī)的轉(zhuǎn)速大于此時的轉(zhuǎn)速。v 對策：增加減速時間或加裝制動電阻或制動單元。v 2、對于有制動電阻及制動單元的變頻調(diào)速系統(tǒng)，在制動時出現(xiàn)過電壓v 原因：制動電流設(shè)定太大或制動的時間太短，或制動加入的時間過早。v 對策：減小制動電流或延長制動時間，降低加入制動時的頻率（在頻率降到更低時再加入制動）。Your site hereLOGOv 3、制動或減速時間過短v 原因：當(dāng)制動或減速時間過短時，電機(jī)反饋產(chǎn)生的大量能量會積聚在濾波電容上，從而造成變頻器過電壓。

25、v 對策：在滿足控制要求的條件事，適當(dāng)增加或延長制動時間或減速時間。v 4、電源過電壓v 原因：一般變頻器輸入電壓都允許一定程度的過電壓，但此允許的過電壓持續(xù)有一定的時間限制的，當(dāng)過電壓持續(xù)一定的時間后，變頻器會過電壓報警。v 對策：變頻器DC電壓上限值一般設(shè)定在電壓700V以上，相當(dāng)于輸入AC電源電壓500V左右，比380V超過了30%以上，此種情況很少出現(xiàn)。對短時間的電源過電壓可以靠加裝AC電抗器來預(yù)防。Your site hereLOGO6、變頻器過熱故障、變頻器過熱故障 v 1、周圍環(huán)境溫度過高v 原因：變頻器內(nèi)部是由無數(shù)個電子器件構(gòu)成的，其工作時會產(chǎn)生大量的熱量，尤其是IGBT工作在

26、高頻狀態(tài)下，產(chǎn)生的熱量會更多。如果環(huán)境溫度過高，也會導(dǎo)致變頻器內(nèi)部元器件溫度過高，為保護(hù)變頻器內(nèi)部電路，此時變頻器會報溫度高故障并停機(jī)。v 對策：降低變頻器所在場所的溫度，如可以加裝空調(diào)或風(fēng)扇等強(qiáng)制制冷措施。v 2、變頻器通風(fēng)不良v 原因：如變頻器本身的風(fēng)道堵塞或控制柜的風(fēng)道被阻塞時，會影響變頻器內(nèi)部的散熱，導(dǎo)致變頻器過熱報警。v 對策：定期檢修變頻器，清除其風(fēng)道的垃圾，順暢風(fēng)道 Your site hereLOGOv 3、風(fēng)扇卡阻或損壞v 原因：變頻器風(fēng)扇壞時，大量的熱量積聚在變頻器內(nèi)部散不出去。v 對策：更換風(fēng)扇。 v 4、負(fù)載過重v 原因：當(dāng)變頻器所帶負(fù)載過重（小馬拉大車）時，會產(chǎn)生過大的電流，產(chǎn)生大量的熱量，有時變頻器也會過熱報警。v 對策：減小負(fù)載或增加變頻器的容量。You