變頻器控制電路的維修

變頻器控制電路的維修第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修課前思考題：我們在使用變頻器的過程中，如果有一天：1.變頻器報故障跳閘停機，怎樣檢查？2.變頻器不報故障停機，怎樣檢查？3.變頻器所報故障和實際故障不相符怎樣檢查？4.變頻器某部分功能消失，怎樣做出正確的判斷？5.怎樣在不分解變頻器的前提下，通過測量變頻器的外接端子做出故障判斷？第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修3.1變頻器的組成變頻器為了適應工程需要，要有一系列控制端子，要有操作面板，要能夠進行程序的讀出寫入，變頻器內(nèi)部，為了進行工作時的保護，要設置相應的保護電路。第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修3.1.1變頻器結構框圖任何品牌的變頻器，其內(nèi)部功能框圖是一樣的，因為變頻器要保證正常工作，必須要有相應的功能。變頻器主要包括：主電路、電流保護電路、電壓保護電路、過熱保護電路、驅動電路、穩(wěn)壓電源、控制端子、接口電路、操作面板、CPU等。第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修3.2.2功能電路分析1.過壓/欠壓保護電路1）電路功能該電路檢測的是直流母線電壓。①啟動時母線電壓接近正常值，啟動接觸器閉合，短路限流電阻。②當電壓達到了過壓值，先開啟制動電阻，如沒有制動電阻，報警；電壓再升高，跳閘。③電壓低于了設定值，報欠壓，再低，跳閘。只要和直流母線電壓的變化相關的報警，就是該電路檢測的結果。第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修2）取樣電路取樣電路有兩種形式：①將直流母線515V通過分壓電阻，取出檢測電壓，由運算放大器放大。②在電源變壓器上增加一個二次繞組，繞組的同名端和其他繞組相反，取出和母線電壓成比例的二次電壓，作為取樣信號。第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修3）放大電路在變頻器中，模擬信號的放大都是采用的運算放大器。運算放大器通過不同的連接，可組成放大器、比較器、積分器、微分器等。第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修3）過壓原因①制動電路損壞，制動電阻始終沒有制動電流流過

a.開關管損壞開路b.控制電路不發(fā)驅動信號

②

減速時間過短，又未安裝制動電路③電源端輸入了高電壓

4）電路損壞誤報

由保護電路故障所致，絕大多數(shù)情況是取樣器件或取樣電路變值或損壞。

①取樣電阻阻值發(fā)生變化，檢測比例變化，誤報；

②運算放大器及外圍電路故障，保護功能消失。

5）故障判斷

測量直流母線電壓，如果母線電壓不高，變頻器壞。第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修2.過流保護電路是保護逆變橋過流、過載等的保護電路。它由檢測、放大、模/數(shù)轉換等電路組成。電路的功能為：①限流；②過流報警、跳閘；③過載報警、跳閘。該電路出了故障，一是誤報；二是失去保護功能，造成逆變橋的損壞只要和輸出電流的變化相關的報警，就是該電路檢測的結果。第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修1）電路取樣電路分為：①分流電阻②霍爾器件③檢測IGBT飽和電壓第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修檢測電路第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修由金屬片組成的取樣電路（西門子430）第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修2）故障維修當變頻器工作在正常狀態(tài)變頻器發(fā)出保護動作，或過載過流時變頻器不保護，則為保護電路出現(xiàn)了故障。①測量當變頻器報過載（過流），查看過載電流顯示值，如果小于變頻器的容量值，可修改設定；如果顯示值已達到容量值，可負載又沒有過流跡象，可測量變頻器的實際輸出電流，如果測量值比顯示值小，則可能為變頻器誤報。測量電流必須用動鐵式電流表，串聯(lián)在電路中，一般不好操作。第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修

3.數(shù)字輸入端子和隔離電路

1）電路功能變頻器有一系列的數(shù)字輸入端子，這些端子和CPU通過隔離電路交換數(shù)據(jù)。每個端子對應一個獨立的光電耦合器，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。

說明：因為數(shù)字端子不在保護范圍內(nèi)，產(chǎn)生的故障一般不報警。第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修2）測量維修測量原因：某端子原來工作正常，現(xiàn)在閉合無效。測量方法：①用電壓表的50V擋測量該端子到地的直流電壓；用直流50mA電流擋測量該端子到地的直流電流，將測量值記錄。②再用同樣方法測量好的端子，進行比較。第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修故障判斷：如果測出的故障端子電流和電壓和好的端子不一樣，則故障端子損壞（比較法）。如果故障端子的電流和電壓為零，整個電路開路，或24V電源壞；如果所有輸入端子的電壓和電流都為零（此時變頻器所有輸入端子都無效），24V總電源壞。輸入端子一般都是多功能的，如果確定為某一端子損壞，可以由另一個端子替代，不必維修。第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修西門子變頻器外端子排列：測量9到5、67、8、16、17之間的電壓應為24V.測量28到5、67、8、16、17之間的電壓應為0V.第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修4.模擬輸入輸出端子模擬輸入輸出端子通過I-U轉換電路和CPU交換數(shù)據(jù)。該電路是模擬輸入電壓、電流、以及模擬輸出指示端子的轉換電路。該電路出了問題，會影響這幾路信號的正常工作。該端子故障，一般不報警。第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修故障現(xiàn)象：模擬輸入電壓、電流端子是控制變頻器運行的端子。該端子出現(xiàn)的故障為失效、變頻器偷停、時通時斷等。當該端子出現(xiàn)故障，測量故障端子的電壓和電流，可鑒別端子的好壞。判斷方法：電壓控制端子：測量該端子到地之間的電壓，電壓有并且可調(diào)，變頻器沒功能，端子內(nèi)部壞；沒電壓，查外線、查端子的供電電源。電流控制端子：測端子電流，有電流且可變，變頻器無功能，端子內(nèi)部壞；無電流，查外線或測量該端子到公共端的直流電阻，直流電阻很大，端子壞，直流電阻較小，外線斷。第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修測量方法：測電壓兩表筆并聯(lián)在電路兩端，測電流兩表筆串聯(lián)在電路兩端。第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修5.DC/DC電源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，影響那一組所對應的電路。第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修1)電路結構圖中L1為一次電路，L2、L3、L4、L5為二次電路，工作時一次電路導通，二次電路截止，一次電路截止時，二次電路導通。二次電路的輸出電壓由開關管的脈沖寬度調(diào)節(jié)。第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修2）電路分析①開關原理開關管導通時，L1充電，充電電流線性上升；開關管截止時，磁場通過次級繞組放電，放電電流通過二極管整流、電容濾波得到平滑的輸出電壓。第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修②穩(wěn)壓原理取樣電路為光電耦合器（高低壓隔離），光電管上接＋5V，下接基準電路，當＋5V上升時，流過光電管的電流增大，脈寬調(diào)制電路2腳的電壓上升，輸出的脈寬變窄，輸出電壓下降；反之，輸出電壓上升。通過電壓負反饋，將輸出電壓穩(wěn)定在設定值。第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修3）故障分析與測量①故障穩(wěn)壓電源的故障分為整體損壞和局部損壞。整體損壞為電源的高壓部分損壞，整個電源沒有輸出，變頻器的表現(xiàn)為黑屏，所有功能都沒有。局部損壞為次級電路某一路沒有輸出。變頻器對應的電路失去功能。次級電路的故障多為整流二極管壞、濾波電容失去容量、短路等。還有一種現(xiàn)象為某路電容的容量下降，使該路輸出電壓不穩(wěn)定，造成變頻器報警不統(tǒng)一、變頻器時好時壞一些古怪故障。②測量與維修變頻器在外界可測量的電源端子有：輸入端子、輸出端子、操作面板等。因其他部分在變頻器內(nèi)部，必須解體才能測量。第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修例1：有一臺變頻器(MM4-30KW)，在使用的過程中經(jīng)常“無故”停機。再次開機可能又是正常的。經(jīng)過較長時間的觀察，發(fā)現(xiàn)上電后主繼電器吸合不正常，有時會掉電，亂跳。查故障原因，結果發(fā)現(xiàn)是因為開關電源出來到繼電器線包的一路電源的濾波電容漏電造成電壓偏低且不穩(wěn)，造成繼電器吸合不正常而無故停機。第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修例2：一臺變頻器(MM4-22KW)，上電顯示正常，一給運行信號就出現(xiàn)[P----]或[-----]，經(jīng)過仔細觀察，發(fā)現(xiàn)風扇的轉速有些不正常，把風扇拔掉又會顯示[F0030]，在維修的過程中有時報警較亂，還出現(xiàn)過[F0021\F0001\A0501]等。在先給了運行信號然后再把風扇接上去就不出現(xiàn)[P----]，但是，接上一個風扇時，風扇的轉速是正常的，輸出三相也正常，第二個風扇再接上時風扇的轉速明顯不正常。于是分析問題在電源板上。結果是開關電源供風扇的一路電源上的濾波電容漏電造成的，換上一個同樣的電容問題就解決了。并不是說出現(xiàn)上述故障都是電源的問題，但因電源不穩(wěn)使硬件工作不正常，那么報出的故障也就沒規(guī)律了。第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修6.驅動電路該電路是將CPU輸出的PWM信號進行放大，驅動IGBT開關工作。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第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修1）驅動電路隔離放大、驅動放大電路、驅動電路電源①光耦隔離電路圖中IC為PWM輸出和驅動電路的隔離電路。當驅動電路損壞不至于將故障擴大到PWM發(fā)生電路。②V1為第一級放大；V2、V3為輸出跟隨器，提高輸出能力。③圖中穩(wěn)壓管DZ使電源電壓穩(wěn)定在20V。注：隔離電路中的光電耦合器容易損壞。第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修2）驅動電路和電源的連接電路作用：為驅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開關管的發(fā)射極上，使驅動信號在零時，保證IGBT控制極為5V的負電壓，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。第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修3）驅動電路故障判斷驅動電路損壞率比較高的是光電耦合器，光電耦合器損壞，開關管沒有驅動信號，沒有輸出，變頻器輸出電壓不平衡；放大電路壞，可能造成開關管長通，使上下橋臂同時擊穿，造成缺相。

總之，開關電路壞一是造成開關電路不工作（缺相），二是造成開關管損壞。判斷方法：用直流電壓表測量三相輸出端到直流母線的電壓，哪一相電壓較高（正常為1/2UPN），哪一相驅動電路可能有問題。第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修4）實際電路第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修7.操作面板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。第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修8.開路集電極輸出端子該端子由隔離電路（與CPU隔離）。因為使用的原因損壞率較高。一般屬于開路晶體管過流所致。判斷較容易，因為其他幾路如果是好的，只此一路有問題，可斷定該只管子有問題；如果各只管子都有問題，則可能問題出在單片機。第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修9.輸出接點端子該端子是通過繼電器的觸點閉合或斷開發(fā)信號，損壞原因多為觸點燒聯(lián)或接觸不良。用萬用表的電阻擋測量：①不該導通導通，燒聯(lián)；②該導通不通，接觸不良。第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修10.單片機單片機又稱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。CPU是集成電路，又經(jīng)過層層保護，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有問題。因為單片機有問題，就得換主板。第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第3章：控制電路的測量維修11.外殼屏蔽的重要性1）屏蔽原理變頻器的外殼必