佳灵变频器故障与维修核心技术.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流佳灵变频器故障与维修核心技术.精品文档.佳灵变频器故障与维修核心技术！S87C196MH（MC）微控制器在变频器主板中的应用一、贴片封装80引脚S87C196MH（MC）微控制器的引脚排列图：二、S87C196MH（MC）微控制器的结构与功能介绍： 控制器为Intel公司出品的16位微控制器，因其功能强大，通用性强，在变频器产品中被得到广泛应用。 内部电路包括算术逻辑部件（RLU）、寄存器、内部A/D转换器、PWM发生器、事件处理阵列（EPA）、三相到补SPWM输出发生器、以及看门狗、时钟及中断控制电路等。内部结构原理图如下： S87C196MH（MC）微控制器采用CHMOS工艺，工作温度-40ºC-85ºC，支持16KB的EPROM，当晶体振荡频率为16MHz时，完成16位乘16位的乘法只需要1.75s。适和控制系统的快速性要求。有7个I/O口，每个端口引脚都为多功能的。寄存器阵列有512B，分为低256B和高256B，低256B在ALU运算过程中可以当作256个累加器使用，高256B用作寄存器RAM，也可以通过特有的窗口技术，将高256B切换成具有累加器功能的256B。微控制器内部自带13路10位/8位高速A/D转换器，转换时间可以设置在1.3940.2s之间，A/D也可以作为可编程比较器，在输入跨过一个门槛电平时产生中断。事件处理阵列（EPA）主要执行输入、输出的功能。输入方式时，EPA监视输入引脚信号的变化，在事件发生时记录其时间值，此过程称为捕捉。输出方式时，等于定时器符合一个存储的时间值，就设置、清除或触发输出引脚。捕捉和比较事件都能产生正常的服务流程或中断。共有4个捕捉/比较模块和4个比较模块。EPA还含有两个16位的双向定时/计数器T1、T2。T1可按照外部时钟源计时，在这种工作方式下，EPA可以直接处理位置传感器（如光电编码器）输出的两路相位互差90º的脉冲信号，从而监视电动机的速度和方向。外部事件处理服务器（PTS）。该控制器的中断系统有两类：可编程中断控制器和PTS。可编程中断可以被设置成PTS中断服务方式，PTS拥有数种微指令码化的硬件中断服务流程，可以与CPU并行工作，能够完成数据块传递、处理多路A/D转换、控制串行通信等功能。S87C196MH（MC）微控制器，内部设置了一个三相互补的SPWM波形发生器，通过P6口直接输出六路SPWM信号，驱动电流可以达到20Ma，驱动频率可以达到8MHz，每路SPWM信号可以独立编程并设置死区互锁时间。三、S87C196MH（MC）在英威腾变频器主板中的应用：1、供电、时钟、复位等端子。满足微控制器基本工作条件的引脚。 2、对控制端子数字和模拟信号处理的引脚。变频器的启、停和调速控制，对工作状态的监控等，都是通过控制端子进行的，控制端子的输入、输出信号是直接进入了微控制器引脚的。 变频器控制端子模拟信号的输出，实质上来自于微控制器的PWM0（P6 I/O口）引脚，输出的实际为调宽脉冲信号，经后续电路转换为模拟电压信号。 3、开关量控制信号，对充电接触器（继电器的控制）、对散热风扇的控制和对驱动电路的复位控制（解除其故障锁定状态）。 4、六路逆变脉冲信号（SPWM）： 5、各类检测与保护信号的处理： 6、其它功能引脚的处理 部分据功能需要或接地，或接+5V，或经上拉电阻接+5V。部分引脚空置未用。 S87C196MH（MC）微控制器各引脚具体是干嘛的，上文已有了详细的交代。在故障检修中，也可据相关引脚电平状态，判断故障原因，查出故障部位来。如变频器的控制端子，某端子信号输入无效，测量CPU相应引脚有无05V电压变化，进而可快速判断出是端子输入电路故障还是CPU本身故障。80C196MC微控制器概述80C196MC微控制器具有适合于 PWM逆变器、变频器及电机高速控制所需的许多特性。它由一个C196核心、一个三相波形发生器WFG、一个多通道ADC及其它片内外设(如两个定时器、一个事件处理门阵列EPA、两个通用PWM模块)等构成。其C196核心包含512字节的寄存器RAM，其中的绝大部分可为用户程序所用。80C 196MC对片内外设的操作全部是通过存取相应的专用寄存器(SFR)来完成的。中频电源逆变控制电路的核心任务就是跟踪槽路的谐振频率，不断调整逆变脉冲的频率。80C 196MC内置的波形发生器使之能高效、可靠地完成逆变脉冲变频任务。WFG具有3个同步的PWM模块，能产生3对同载波、同操作方式、等死区时间但脉宽相互独立的PWM波形。能以载波频率重载脉宽等数据，并向CPU定时提出中断申请。WFG具有4种操作方式，常用的是中心对准方式0。WFG的功能配置及脉宽调制是通过设置其专用寄存器来完成的：控制寄存器WG_CON定义WFG的操作方式，并设置死区时间；输出配置寄存器WG_OUT定义WFG各引脚的有效状态；WG_RELOAD设置三角载波频率；相比较寄存器WG_COMPx (x=1、2、3)设置各相脉冲宽度；保护寄存器WG_PROTECT配置WFG的保护功能。逆变脉冲变频的实现就是在WFG的专用寄存器中设置WG_RELOAD以产生合适的载波频率。逆变控制器设计根据中频电源的工作原理，逆变控制器的功能主要是实现电源的扫频式零压软启动和正常工作时槽路谐振频率的跟踪。硬件设计硬件电路总体结构如图2所示。根据功能要求，控制器的输入/输出信号主要有中频电压、中频电流过零信号、功率自动控制部分产生的逆变角调节信号、启动时的直流电压限幅信号、启动失败关机信号、与其它控制设备通信信号以及人机对话数据信号等。中频电压过零检测电路如图3所示。中频电压由1000:20电压互感器从主电路取出，经过隔离变压器后与控制电路共地。电压信号经过前端低通滤波器滤波后，送至电压比较器LM339，与零电平比较，产生表示中频电压过零的方波信号。信号再经滤波、放大后送至80C196MC的比较捕获单元引脚CAP1。由于逆变可控硅的开关就是导通或关断直流电流，形成负载上的中频电流。因此逆变可控硅的触发信号即是与中频电流同相位。直接取单片机发出的逆变触发信号作为中频电流过零信号，送至80C196MC的比较捕获单元引脚CAP0。功率自动控制部分若是模拟电路，其产生的逆变角调节信号可接至80C196MC的A/D转换输入引脚ACH0。80C196MC自带的A/D转换模块将其转换后可得出调节量。功率自动控制部分若是数字电路，其产生的逆变角调节信号可通过串行通信传至80C196MC。串行通信信号接至80C196MC的比较捕获单元引脚CAP1、CAP2。启动过程中的控制信号，如直流电压限幅信号、重复启动时关机信号、启动成功转锁频信号均为开关量，可接至80C196MC的I/O口P0.1、P0.2和P6.4。发生故障的保护信号接至80C196MC的不可屏蔽中断引脚NMI，以保证任何时候发生故障控制程序都可以及时转入保护中断。控制参数的设置和显示可以通过人机接口外接键盘和数码管实现。软件设计控制软件根据功能可以分为三个模块：逆变角检测模块、扫频启动模块和频率调节模块。逆变角检测模块根据采集的中频电压、电流过零信号计算出实际的逆变角大小。扫频启动模块按设定的参数实现扫频启动的过程。频率调节模块根据计算出的逆变角大小和设定值比较，调整逆变频率的高低。逆变角检测模块程序的流程如图4所示。当CAP1引脚捕捉到一个正跳变时产生CAPCOMP1中断。中断处理程序记录下此时电压过零时间、电流过零时间，并计算判断电压周期是否大致等于电流周期，以防止干扰信号。计算电压/电流的相位差，即逆变角。重复4次后计算平均值，作为实际的逆变角值，并将逆变角标志位置位，以供其它程序模块调用。初始化后先关闭整流再限制整流角，以实现零压软启动。逆变触发脉冲从最高频率开始向下扫描，此过程中不断检测逆变角是否达到要求。逆变角小于设定值时，启动成功，退出扫频启动模块，转入正常工作状态。若逆变触发脉冲频率到达最小值仍未启动成功，则根据设定的是否重复启动，跳转到启动程序开始处或启动失败处理程序。频率调节模块工作在正常状态，即启动成功后，程序不断查询逆变角标志位，将计算出的逆变角度与设定值比较。逆变角偏大，说明负载容性过大，需要降低逆变频率；逆变角偏小，说明负载容性过小，需要升高逆变频率。调整频率完毕后查询是否中止工作。ATMEL 爱特梅尔EEPROM存储器AT93C46 AT93C56 AT93C66 技术资料<table cellspacing="2" cellpadding="3" width="572" summary="Description概述 AT93C56，AT93C66,AT93C46 系列为16位单片机以其适于高速控制场合及功能多等优点已在工业控制领域中占领了一定的市场。由于EEPROM存储器能在不脱离系统的情况下修改其存储单元中的内容，故在位单片机中的应用愈来愈广泛。结合16位机的特点，详细介绍AT93C56，AT93C66,AT93C46 系列EEPROM存储器及其使用方法。AT93C56，AT93C66,AT93C46 是ATMEL 爱特梅尔公司推出的低功耗、低电压电可擦除的可编程只读存储器。它采用CMOS技术和Fairchild Semiconductor 公司的MICROWIRE工业标准3线串行接口，具有1KB/2KB/4KB的容量，并可通过ORG管脚配置成128×8256×8/512×8或64×16/128×16/256×16等结构。该系列存储器可靠性高，能够重复写100万次，数据可以保存100年不丢失；采用8脚PDIPSOIC封装和14脚SOI封装（SOI封装为JEDEC和EIAJ标准），与并行的EEPROM存储器相比，AT93C56，AT93C66,AT93C46 可大大节省印制板空间，且接线简单，因而在多功能的精密测试仪中具有广阔的前途。Description概述 AT93C56，AT93C66,AT93C46 系列为16位单片机以其适于高速控制场合及功能多等优点已在工业控制领域中占领了一定的市场。由于EEPROM存储器能在不脱离系统的情况下修改其存储单元中的内容，故在位单片机中的应用愈来愈广泛。结合16位机的特点，详细介绍AT93C56，AT93C66,AT93C46 系列EEPROM存储器及其使用方法。AT93C56，AT93C66,AT93C46 是ATMEL 爱特梅尔公司推出的低功耗、低电压电可擦除的可编程只读存储器。它采用CMOS技术和Fairchild Semiconductor 公司的MICROWIRE工业标准3线串行接口，具有1KB/2KB/4KB的容量，并可通过ORG管脚配置成128×8256×8/512×8或64×16/128×16/256×16等结构。该系列存储器可靠性高，能够重复写100万次，数据可以保存100年不丢失；采用8脚PDIPSOIC封装和14脚SOI封装（SOI封装为JEDEC和EIAJ标准），与并行的EEPROM存储器相比，AT93C56，AT93C66,AT93C46 可大大节省印制板空间，且接线简单，因而在多功能的精密测试仪中具有广阔的前途。AT93C46是1024位的EEPROM 存储器。内部存储方式为64*16位，也就是以16位为一个字来存储。也就是说AT93C46内部有64个16位的数据字。  封装主要是8引脚的DIP或SOIC；由于采用串行接口，所以，指令、地址及写入数据在数据输入端DI输入；读出的数据及芯片状态在数据输出端DO输出；所有的数据输入输出都是以串行时钟SK同步，并且在SK的上升沿时起作用的。  AT93C56有7种操作指令，它们分别是：读指令，察/写启动指令，察/写屏蔽指令，写指令，察除指令，全写指令，全察除指令。  AT93C46 在执行写指令或全写指令之前，不需要执行察除。其察除指令，全察除指令只是为了保持和NMOS工艺的 AT93C46 的读及编程的兼容性。为了简化执行过程，所有的编程周期都是自定时的。在DO端输出的“忙”状态指明芯片在执行编程。在出厂时芯片已被察除，即所有储存单元为“1”态。  AT93C56，AT93C66 分别是2K位和4K位的 EEPROM 存储器。它们的引脚和 AT93C56 兼容。不过AT93C56和AT93C66所需的存取地址要比 AT93C46 多2位，即用8位地址。 下面简单介绍ATMEL 爱特梅尔 公司生产的EEPROM 存储器 AT93C46 的使用方法。AT93C56，AT93C66与AT93C46 使用类似。 AT93C46 的引脚分布如下图所示。CS 为片选信号，高电平有效，在连续的二条指令之间，CS 必须保持至少250S 的低电平；SK 为时钟信号，所有操作码、址码、数据位均在SK 信号的上升沿输入或输出，SK 信号的最高频率为1MHz；DI 为串行数据输入端；D0 为串行数据输出端，并在擦/写周期提供忙/闲状态；ORG 为低电平时，输出8 位数据，为高电平时，输出16 位数据；GND 接地；Vcc 接5V 电源。 AT93C46的引脚意义分别介绍如下:1. Vcc；电源引脚，+5V。 2. 2 GND；地线 3. CS：片选信号。当CS=1时，选中芯片；当CS=0时，不选中芯片且强迫芯片进入备用方式。一旦编程周期启动，则不管CS的输入信号是否变为0，编程周期都会继续执行直到结束，在编程周期结束之前，如果CS为0，则编程一结束AT93C46马上进入备用方式。 在两条相临指令执行中，CS必须最少产生500NS的低电平，以指明前条指令的结束。在CS 处于0时，内部控制逻辑处于复位状态。AT93C46在读指令中，当读出指令完全输出之后，CS会产生不少于500NS的低电平。AT93C46在擦写启动指令中，当AT93C46指令的起始位、操作码、及地址部分送出后，CS会产生一个低电平脉冲。AT93C46在擦写屏蔽指令中，当指令的起始位、操作码、及地址部分送出后，CS会产生一个低电平脉冲。AT93C46在写指令中，当指令内容及写入数据发出后，CS产生一个低电平脉冲。AT93C46在全写指令中，和写指令一样，当指令内容及写入数据发出之后，CS产生一个低电平脉冲 AT93C46在擦除指令中，当指令的起始位，操作码及地址部分送出后，CS产生一个低电平脉冲。 AT93C46在全擦除指令中，和擦除指令一样，当指令内容即起始，操作码及地址部分送出之后，CS产生一个低电平脉冲。CS的低电平脉冲宽度不同厂家有所区别。一般为100-500nS以上。4. SK：串行时钟。串行时钟SK用于在单片机和AT93C46之间的数据通信同步。  操作码，地址和写入数据在SK的上升沿同步下输入到AT93C46内部。读出数据同样在SK的上升沿同步下从AT93C46输出。  串行时钟SK可以在任何位置停在当时的电平状态，也可以在任何时候继续发送。这一特点给单片机在准备操作码，地址和写入数据时以很大的自由度。  当选择信号CS=0时，串行时钟SK状态可以不加考虑；当CS=1，但起始条件尚未被检测时，任何数量的时钟周期都不会改变AT93C46的当时状态；在起始条件检测之后，必须提供一定数量的时钟周期，以把所需的操作码，地址和写入数据同步送入AT93C46内部，然后执行相关指令。在执行指令时，串行时钟SK和数据输入端DI的状态无关紧要。芯片等待的是新的起始状态。 5. DI：数据输入端DI用于在串行时钟SK的同步下输入起始位，操作码地址和写入数据。 6. DO：数据输出端。数据输出端DO用于在读方式中，在串行时钟SK的同步下输出读出的数据。 指令及时序 指  令起始位操作码地址位数据位备  注*8  *16空READ110AnAo  AnAo空从指定的单元读数EWEN10011xxxxx  11xxxx空允许写指令ERASE111AnAo    An-1Ao空擦除指定单元WRITE101AnAo    An-1AoD7D0  D15D0写入存储单元ERAL10010xxxxx  10xxxx空擦除存储器所有单元WRAL10001xxxx   01xxxxD7D0  D15D0写入存储器所有单元EWDS10000xxxxx    00xxxx空禁止写指令佳灵变频器故障与维修一、过流保护FL 1.1实例 (1) 一台T9-7.5KW变频器一启动就跳“FL” 分析与维修:打开机盖没有发现任何烧坏的迹象，在线测量IPM模块(FP40R12KE3)基本判断没有问题，故障确定为驱动板JL35GP-250-1DB保护电路起控,为进一步判断问题，将IGBT模块拆下后将FL保护线断开,再通电运行,实测上半桥的驱动电压时发现有一路与其他两路有明显区别(运行时为直流2.5伏左右，停止时为9伏左右,经仔细检查发现一只光耦A3120输出脚与电源负极短路，更换后三路基本一样。模块装上上电运行一切良好。 (2)当出现三相输出电压不平衡时也可基本判断为A3120损坏. (3)特殊故障现象:一台J9-200KW变频器用于离心风机,电机静止启动时容易出现过流保护,若在电机自由慢速运行时,变频器不能启动,并出现FL故障代码,经检查模块与驱动电路没有异常现象,可能出在过流信号处理这一部位,将三路互感器拆下后发现V相互感器直流电阻明显比其它两只低.将此元件从机器中拆除,故障排除 佳灵变频器驱动电路易损件:IN4745,IN4746,A3120,MCP602,L7805二、 过压与欠压保护 佳灵变频器过压,欠压保护都是将直流母线电压分压通过集成运放MCP602与基准电压信号进行比较.当放大器翻转后将会出现保护,过压保护门槛值为3.02伏,欠压保护门槛值为1.62伏.保护电压值等于母线电压除以信号再乘以保护门槛值;即过压保护值为直流800伏,欠压为直流400伏. 2.1过压保护(OUD) 过电压报警一般是出现在停机的时候，其主要原因是减速时间太短或制动电阻及制动单元有问题。 2.1 实例 一台J9-75KW变频器在停机时跳“OUD”。 分析与维修:在修这台机器之前，首先要搞清楚“OUD”报警的原因何在，这是因为变频器在减速或停止输出时，电动机因惯性继续自由运转,转子绕组切割旋转磁场，转子的电动势和电流增大，使电机处于发电状态，回馈的能量通过逆变环节中与大功率开关管并联的二极管流向直流环节，使直流母线电压升高所致，将减速时间从20秒延长到120秒,故障排除. 三、欠压(LU) 主要原因:输入电压过低或者缺相,整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正常的都有可能导致欠压故障的出现，其次主回路接触器损坏，导致直流母线电压损耗在充电电阻上面有可能导致欠压.还有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。3.1 举例 (1) 一台T9-45kW变频器一启动出现LU.分析与维修:经检查这台变频器的整流桥充电电阻都是好的，因为这台变频器是利用可控硅的来短接充电电阻的.因此认为故障可能出在可控硅或其控制回路，利用倍压整流将主控板单独通上电源,运行变频器后利用示波器观测驱动信号,该信号为2.8KHZ,占空比为15%,信号幅度为12伏.驱动信号正常,可硅控不导通.此器件损坏. (2) 频率只能达到1-2HZ. 此现象也为欠压保护起控.原因是程序CD10欠压再起动功能动作,将CD10内部数据改为0即能出现LU保护.四、过热（FL）过热也是一种比较常见的故障，主要原因:环境温度过高，风机堵转，温度传感器性能不良，马达过热。举例 一台T9-90KW变频通电就跳“FL”且不能复位。 分析与维修:首先检查逆变模块没有发现问题。其次检查驱动电路也没有异常现象，估计问题出现在温度保护电路,此机温度保护元件为85度常闭感温包,经测量后为感温包断路引起保护. 一台37kW变频器客户反映在运行十多分钟后跳“FL”。分析与维修:因为是在运行一段时间后才有故障，所以温度传感器坏的可能性不大，可能变频器的温度确实太高，通电后发现变频器顶端风机风量很小,估计为散热片被堵(因该变频器是用在化纤行业)，经打扫后开机风机运行良好，运行数小时后没有再跳此故障。五、三相输出不平衡输出不平衡一般表现为转速不稳，马达抖动,主要原因:模块坏，驱动电路坏，电抗器坏等。5.1举例 一台T9-90KW变频器，输出电压相差100V左右。分析与维修:打开机器初步在线检查逆变模块(FF300R12KE3)没发现问题，于示波器测量6路驱动电路也没发现其中有一相上臂驱动信号幅度不够.将此路A3120换掉后故障排除六、过载发生过载时首先应该分析一下到底是马达过载还是变频器自身过载,一般来讲马达由于过载能力较强,只要变频器CD09值设置正确,一般不会出现马达过载.而变频器本身由于过载能力较差从面容易引起过载报警.当变频器带动负载出现OL时,输出电流与额定电流大小相差不大.出现OL闪烁.如果过载严重,变频器将停止输出.并以FL过流形式保护. 七、开关电源损坏佳灵所有机型均采用了新型脉宽集成控制器FA5511来调整开关电源的输出，同时FA5511还带有电流检测，电压反馈等功能,当发生开关电源不工作时,.应先检查各路输出有无短路现象,佳 灵开关电源易损件:FA5511.B4410.IN4745,K1317.风机12伏电源整流二极管等.八.ERR通讯故障佳灵变频器手操面板内部用PIC817芯片,主芯片用N87C196.两芯片通讯线为6芯排线,在连线较长或多台机器同时使用手操板连接线时容易出现通讯中断,现象为ERR闪烁,可以通过穿钢管,使用屏蔽线,加磁环等方法.当出现ERR长时间保持时.可以先更换主芯片试试,另外通讯线路中的集成块75179可能损坏.