變頻器故障檢測(cè)電路中用到的模擬電路

1、變頻器故障檢測(cè)電路中用到的模擬電路 故障檢測(cè)電路的主體電路還是由由運(yùn)算放大器構(gòu)成，通常，運(yùn)算放大器被接成以下幾種類型的電路，完成著對(duì)信號(hào)模擬放大、比較輸出和精密整流三種工作任務(wù)。一、反相放大器電路： 圖6.19運(yùn)算放大器反相放大電路 運(yùn)算放大器，具有輸入阻抗高（不取用信號(hào)源電流）、輸出阻抗低（負(fù)載特性好）、放大差模信號(hào)（兩輸入端信號(hào)之差）、抑制共模信號(hào)（兩輸入端極性與大小相同）和交、直流信號(hào)都能提供線性放大的優(yōu)良特性。上圖（1）、（2）、（3）、在電路形式上為反相放大器，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反，又稱為倒相放大器。電路對(duì)輸入電壓信號(hào)有電壓和電流的雙重放大作用，但在小信號(hào)電路中，只注重對(duì)電壓信

2、號(hào)的放大和處理。電路的電壓放大倍數(shù)取決于R2（反饋電阻）與R1（輸入電阻）兩者的比值。R3為偏置電阻，其值為R1、R2的并聯(lián)值。因R2、R1的選值（比值）不同，可完成三種信號(hào)傳輸作用，即構(gòu)成反相放大器、反相器和衰減器三路信號(hào)處理電路。（1）電路為反相放大器電路，電路放大倍數(shù)為5；（2）電路為倒相器，對(duì)輸入信號(hào)起到倒相輸出作用，無放大倍數(shù)，不能稱為放大器了?；蜉斎?5V信號(hào)，則輸出0-5V倒相信號(hào)；（3）電路為衰減器電路，若輸入010V信號(hào)，輸出0-3。3V倒相信號(hào)，為一個(gè)比例衰減器。圖（1）、（2），（3）電路，有兩個(gè)特征：1、輸入、輸出信號(hào)反相；2、無論是放大或衰減或倒相電路，輸出信號(hào)對(duì)輸入

3、信號(hào)維持一個(gè)比例輸出關(guān)系，可以籠統(tǒng)地稱為反相放大器，因?yàn)榈瓜嗥鞯姆糯蟊稊?shù)為1，而衰減器恰恰也是利用了電路的放大作用。有趣的是，此三種反相放大器，在電流、電壓檢測(cè)電路中，都有應(yīng)用。以電流檢測(cè)電路為例：這是因?yàn)?，串于三相輸出端的電流互感器?nèi)置放大器，輸出信號(hào)已達(dá)伏特級(jí)的電壓幅度，而CPU的輸入信號(hào)幅度又須在5V以下的電壓幅度內(nèi)，故反續(xù)電流信號(hào)處理電路，有的采用了有一定放大倍數(shù)的反相放大器；有的采用了倒相器電路，只是根據(jù)CPU輸入電壓信號(hào)極性的要求，只對(duì)信號(hào)進(jìn)入了倒相處理，并不須再進(jìn)行放大；部分電路為適配后級(jí)電路的信號(hào)幅度范圍，甚至采用了衰減器電路，對(duì)電流互感器來的電壓信號(hào)衰減一下，再送入后級(jí)電路。

4、檢測(cè)電路中的模擬信號(hào)電路的供電，根據(jù)放大交流信號(hào)的要求，一般采用正、負(fù)15V雙電源供電。根據(jù)反相放大器的電路形式和運(yùn)算放大器的電路特性，我們可找到相應(yīng)的檢測(cè)方法：1、據(jù)反相放大器的特性，以正、負(fù)供電的0V（地）為基準(zhǔn)電位，當(dāng)輸入正的信號(hào)電壓時(shí)，輸入電壓必為0V以下的負(fù)壓，反之輸出0V以上的正電壓。要根據(jù)電路和輸入、輸出腳的靜態(tài)電路值判斷是否處于正常狀態(tài)；2、查明該級(jí)電路為放大器或倒相器或衰減器，據(jù)輸入電阻與反饋電阻的比值，可大致測(cè)算出輸出電壓值，由此可判斷電路是否處于正常狀態(tài)；3、根據(jù)電路對(duì)差模信號(hào)有放大（或衰減）作用，而對(duì)共模信號(hào)放大作用為0的特性，當(dāng)短接兩輸入端時(shí)，輸出電壓應(yīng)接近0電位值；

5、或者測(cè)量輸出端已有正電壓（或負(fù)電壓輸出），但一短接兩個(gè)輸入端，輸出電壓馬上降（或升）為0V左右。說明電路是好的，能正常傳輸信號(hào)。4、可以人為改變輸入電壓值，則輸出電壓必定有相應(yīng)變化，可由此判斷放大器是否處于正常狀態(tài)。 故障實(shí)例1 某臺(tái)變頻器上電后，即報(bào)出OC故障，故障復(fù)位無效，測(cè)電流檢測(cè)電路，如上圖（1）電路，輸出電壓為+12V，CPU因有嚴(yán)重過流信號(hào)輸入，故在上電后報(bào)出OC信號(hào)。用金屬鑷子短接運(yùn)算放大器2、3腳，測(cè)量1輸出腳電路無變化，仍為+12V，判斷運(yùn)算放大器損壞，更換后，故障排除。故障實(shí)例2 某臺(tái)變頻器，上電后輸出欠電壓信號(hào)，檢測(cè)上電圖（2）電路，輸入電壓為-3V，但輸出電壓為0。7V

6、，說明為本級(jí)放大器故障，用一外接直流12V電源串接10k電阻，輸入到反相輸入端，輸出電壓無變化，判斷該級(jí)放大器損壞，更換后故障排除。二、同相放大器和電壓跟隨器電路：圖6.20同相放大電路、電壓跟隨器電路上圖（1）電路為同相放大器的典型電路形式，也為放大器電路之一種。輸入信號(hào)進(jìn)入放大器的同相端，輸出信號(hào)同輸入信號(hào)同相位，電路的電壓放大倍數(shù)=1+R2/R1。也用于故障信號(hào)檢測(cè)電路中對(duì)模擬信號(hào)的放大處理。該電路當(dāng)R2短接或R3開路時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位一致且大小相等，因而（1）電路可進(jìn)一步“進(jìn)化”為（2）、（3）電路。 上圖（2）、（3）為電壓跟隨器電路，輸出電壓完全跟蹤于輸入電路的幅度與相位

7、，故電壓放大倍數(shù)為1，雖無電壓放大效果，但有一定的電流輸出能力。電路起到了阻抗變換作用，提升電路的帶負(fù)載能力，減弱信號(hào)輸入回路高阻抗和輸出回路低阻抗的相互影響。作為電路跟隨器應(yīng)用時(shí)，有時(shí)候也采用單電源供電。 （1）、（2）、（3）種電路，也在故障檢測(cè)電路中，被用于模擬信號(hào)的放大、基準(zhǔn)電壓信號(hào)的處理等。 根據(jù)電路的特性與作用，可得出檢測(cè)方法如下： 1、（1）電路為同相放大器電路，輸出電壓幅度與極性比例跟蹤于輸入電壓，該級(jí)電壓放大倍數(shù)約為6倍。當(dāng)輸入電壓值為1V時(shí)，輸出電壓約為6V?？蓳?jù)輸入、輸出電壓值的測(cè)算判斷電路是否處于正常狀態(tài)； 2、（2）（3）電路均為電壓跟隨器電路，輸出電壓完全跟蹤于輸入

8、電壓，輸出電壓應(yīng)與輸入電壓相等，據(jù)此可以判斷電路是否處于正常狀態(tài)。 3、可通過短接兩輸入端或人為改變輸入端電壓的方法，測(cè)量輸出端電壓的相應(yīng)變化，來判斷電路是否處于正常狀態(tài)。故障實(shí)例1 某臺(tái)變頻器，上電即跳OH故障，測(cè)溫度檢測(cè)電路的基準(zhǔn)電壓電路如圖（2）的輸出電壓為1V，該機(jī)為電壓比較器電路，測(cè)其輸入端電壓為5V，正常狀態(tài)下輸出端電壓也應(yīng)為5V。將輸出端負(fù)載電路切除后，輸出端電壓仍為1。2V，判斷為該級(jí)放大器損壞，更換后故障排除。三、精密正、負(fù)半波整流器和全波整流器電路：圖6.21精密半波、全波整流器電路 由電流互感器來的交流電壓信號(hào)，要經(jīng)后續(xù)半波或全波整流電路整流成直流電壓后，再送入CPU，供

9、電流顯示和控制之用。精密半波或全波整流電路也用作模擬信號(hào)的處理和放大。普通整流電路采用二極管做為整流器件，但二極管整流存在非線性失真、有死區(qū)電壓等缺點(diǎn)，尤其用于小信號(hào)整流時(shí)，將使輸出信號(hào)畸變，出現(xiàn)輸出誤差。利用運(yùn)算放大器的放大作用和深度負(fù)反饋?zhàn)饔茫诜糯箅娐分屑尤攵O管，利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕瑢?shí)現(xiàn)對(duì)輸入正、負(fù)半波信號(hào)引入不同深度的負(fù)反饋，可以對(duì)輸入V級(jí)信號(hào)進(jìn)行整密整流，電路本身還具有電壓跟隨或放大作用。 上圖（2）為精密負(fù)半波整流電路，電路將輸入負(fù)半波信號(hào)進(jìn)行精密整流后，倒相輸出。對(duì)正半波輸入信號(hào)來說，D1的接入，為放大器引入了深度負(fù)反饋；在負(fù)半波輸入信號(hào)的起始段，因信號(hào)輸入幅度小于D1、

10、D2均處于截止，電路處于開環(huán)放大狀態(tài)，微小的信號(hào)輸入，便會(huì)使輸出腳電壓大于-0。7V，D1導(dǎo)通，D2反偏截止；D2與R125串聯(lián)引入了適度負(fù)反饋（由R125的阻值可決定本級(jí)電路是整流器還是整流放大器，本級(jí)電路為精密整流器，無放大作用），相當(dāng)于一個(gè)反相放大器，輸出與輸入信號(hào)成倒相關(guān)系。 上圖（1）電路與圖（2）電路的不同之處，在于電路中兩只二極管的極性相反，成為對(duì)輸入正半波信號(hào)的精密整流電路。整流原理是一樣的。 由一個(gè)半波整流器電路再加上一個(gè)反相求和電路，如圖（3），實(shí)現(xiàn)將正、負(fù)半波輸入并反相后輸出，可得到全波輸出電壓波形，即構(gòu)成了一個(gè)全波高精度整流電路。 在故障檢測(cè)電路中，往往采用整流器電路，

11、對(duì)三相輸出電流采樣信號(hào)，進(jìn)行整流與放大，作為模擬電壓信號(hào)（電流檢測(cè)信號(hào)）輸入后級(jí)故障信號(hào)處理電路和CPU電路，用作過載報(bào)警和運(yùn)行電流的采樣處理。 電路輸入為交流電壓信號(hào)，而輸出為直流電壓信號(hào)，大部分電路為整流器，部分電路為整流放大器。 檢測(cè)方法：1、 整流器電路：輸入側(cè)為交流電壓，輸出側(cè)為直流電壓，兩測(cè)量值比較接近。 2、整流放大器，輸入側(cè)為交流電壓，輸出側(cè)為直流電壓，輸出直流電壓值高于輸入交流電壓值。 3、可通過短接兩輸入端或人為改變輸入端電壓的方法，測(cè)量輸出端電壓的相應(yīng)變化，來判斷電路是否處于正常狀態(tài)。故障實(shí)例1 某臺(tái)變頻器，上電即跳OC故障，檢測(cè)電流檢測(cè)電路如圖（2）的輸出電壓為13V，

12、撥掉電流互感器引線端子，該級(jí)放大器仍為13V，判斷整流器電路損壞，更換后故障排除。四、電壓比較器、梯級(jí)電壓比較器和窗口電壓比較器電路： 上述幾種電路，都用于模擬信號(hào)的放大整流等，其輸出信號(hào)仍有模擬信號(hào)，可稱為模擬信號(hào)（放大）處理電路，而下文電壓比較等電路，則輸出為開關(guān)量信號(hào)，其電路已脫離了模擬放大的范疇，似乎進(jìn)入了“數(shù)字電路”的領(lǐng)域，是拿模擬電路當(dāng)作了數(shù)字電路來應(yīng)用。圖6.22 三種電壓比較器電路 電壓比較器的作用是比較兩個(gè)輸入電壓信號(hào)的大小，圖（1）電路，放大器的同相輸入端的電壓，為R2、R3兩電阻對(duì)+5V的分壓值2。5V，稱為基準(zhǔn)電壓值，輸入信號(hào)與此基準(zhǔn)值比較，高于此值時(shí)，則輸出為0V低電

13、平信號(hào)，低于低值時(shí)，則輸出為+15V高電平信號(hào)。電路又稱為單值比較器，電路的輸出狀態(tài)取決于輸入信號(hào)電壓的一個(gè)值（一個(gè)點(diǎn)）2。5V。 將兩級(jí)電壓比較器接為圖（2）電路，則成為梯級(jí)電壓比較器，電路有一路輸入信號(hào)，兩路輸出信號(hào)。N1、N2兩級(jí)電壓比較器，輸入的是同一路信號(hào)電壓，但兩級(jí)電路同相輸入端的基準(zhǔn)電壓值不同，N1基準(zhǔn)電壓為6。6V，N2基準(zhǔn)電壓值則為3。3V。當(dāng)輸入信號(hào)由0V到逐漸上升時(shí)，當(dāng)上升為3。3V以上時(shí)，N2的輸出狀態(tài)先變?yōu)榈碗娖?；N2在輸入信號(hào)值大于6。6V時(shí)，才有低電平信號(hào)輸出。圖（2）電路在用于直流回路電壓檢測(cè)電路時(shí)，當(dāng)因負(fù)載電機(jī)再生發(fā)電能量回饋至直流回路，使直流回路電壓上升到一

14、定值時(shí)，N2先輸出制動(dòng)動(dòng)作信號(hào)，將制動(dòng)電阻接入直流回路，消耗電壓增量；若電壓繼續(xù)上升，N1則輸出OU過壓信號(hào)，變頻器保護(hù)停機(jī)。 若將兩級(jí)電壓比較器接為圖（3）電路，則構(gòu)成窗口電壓比較器電路。相對(duì)于單級(jí)電壓比較器電路，窗口電壓比較器可稱為雙值比較器了。電路有兩個(gè)基準(zhǔn)比較值，輸出一路信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)基準(zhǔn)電壓1基準(zhǔn)電壓2時(shí)，電路輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在輸入信號(hào)的中間值的一個(gè)范圍內(nèi)，輸出狀態(tài)不變。圖（3）電路為接地故障信號(hào)處理電路。N1放大器的同相端是R46、R50對(duì)+15V的分壓值，N2放大器的反相端是R81、R69對(duì)-15V的分壓值。輸入三相電流采樣信號(hào)進(jìn)入到N1的反相輸入端和N2的同相輸入端，分別與正分

15、壓值和負(fù)分壓值相比較，無論是輸入信號(hào)的正半波或負(fù)半波，只要大于兩個(gè)基準(zhǔn)值，便會(huì)報(bào)出地短路信號(hào)。 電壓比較器應(yīng)用數(shù)字電路，可據(jù)信號(hào)幅度靈活設(shè)置基準(zhǔn)電壓，比采用數(shù)字電路更為方便。另外，圖（3）電路采用開路集電極輸出的運(yùn)算放大器電路，可以實(shí)現(xiàn)輸出端的并聯(lián)輸出，使電路更為簡(jiǎn)潔。若采用普通放大器，則輸出信號(hào)還要經(jīng)兩只二極管隔離，再并接在一起。 三類電壓比較器電路，常用于將檢測(cè)的電流或電壓的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)化為開關(guān)量信號(hào)故障信號(hào)輸出，供實(shí)施控制動(dòng)作和停機(jī)保護(hù)之用。 檢測(cè)方法： 1、放大器輸出端只有兩個(gè)電平狀態(tài)，低電平，接近供電的地電平或負(fù)供電值；高電平，接近正供電值； 2、測(cè)反相輸入端低于同相輸入端電壓值，則

16、輸出為低電平，反之，則輸出為高電平。 3、可通過短接兩輸入端或人為改變輸入端電壓的方法，測(cè)量輸出端高低電平的相應(yīng)變化，來判斷電路是否處于正常狀態(tài)。五、滯回比較器電路： 也為電壓比較器電路之一種。電壓比較器的圖（3）電路，也即為滯回電壓比較器電路。電壓比較器電路只要再引入一正反饋電路，便可“升級(jí)”為滯回比較器電路。滯后比較器雙被稱為具有滯后特性的電壓比較器電路。如果把普通的電壓比較看作為“電壓點(diǎn)比較”的話，滯回比較器則可看作為“電壓段比較”的比較器電路。通常，我們希望電路的輸出狀態(tài)足夠穩(wěn)定，電壓比較在一個(gè)“點(diǎn)”上比較輸出，會(huì)因頻繁輸出造成輸出狀態(tài)的不穩(wěn)定。將輸入電路的“點(diǎn)”比較，改進(jìn)為“段”比較

17、，能較好地解決此一問題在輸入電壓變化的一個(gè)“段值”內(nèi)，輸出狀態(tài)不變。圖（2）電路由R4、D1構(gòu)成一個(gè)正反饋支路，將電路的“點(diǎn)”比較特性轉(zhuǎn)化為“段”比較特性。 圖6.22 兩種滯回比較器電路控制原理簡(jiǎn)述如下：先假定圖（2）電路被用于制動(dòng)動(dòng)作信號(hào)的處理，輸入信號(hào)為直流回路的電壓采樣信號(hào)。當(dāng)直流回路的電壓因負(fù)載電機(jī)再發(fā)能量回饋造成異常上升，達(dá)680V時(shí)，Vin輸入電壓值達(dá)9。5V以上，高于放大器反相端基準(zhǔn)電壓值時(shí)，放大器輸出低電平信號(hào)，后級(jí)制動(dòng)電路動(dòng)作，將制動(dòng)電阻接入直流回路，對(duì)電壓增量進(jìn)行消耗；因制動(dòng)電阻的消耗作用，Vin輸入電壓值很快下降到9。5V以下，可是制動(dòng)信號(hào)仍在輸出中，并不是直流回路電壓稍為回落，制動(dòng)信號(hào)即行消失，這就看出了滯后比較器的作用。制動(dòng)電路繼續(xù)工作，一直到直流回路電壓回復(fù)為