第2章 变频器主电路维修.ppt

主讲主讲 王兆义王兆义 主办单位：主办单位：新疆博识通咨询有限公司新疆博识通咨询有限公司 中国工业自动化培训网中国工业自动化培训网l思考题：思考题：l我们在使用变频器的过程中，如果有一天：我们在使用变频器的过程中，如果有一天：l1.电动机工作无力、噪声大，变频器报输出缺相、过流等电动机工作无力、噪声大，变频器报输出缺相、过流等故障，查电动机无问题，下一步如何查变频器？故障，查电动机无问题，下一步如何查变频器？l2.变频器报输入欠压、缺相跳闸，查三相电压正常，下一变频器报输入欠压、缺相跳闸，查三相电压正常，下一步如何查变频器？步如何查变频器？l3.变频器的主电路中容易出问题的有哪些器件，我们在不变频器的主电路中容易出问题的有哪些器件，我们在不分解变频器的前提下分解变频器的前提下，如何测量变频器主电路中哪一个器，如何测量变频器主电路中哪一个器件出了问题？件出了问题？第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.1 主电路的作用主电路的作用l主电路是包括电源输入端子主电路是包括电源输入端子 R S T、输出端子、输出端子U V W和制和制动、直流电抗器端子的内电动、直流电抗器端子的内电路。路。l其作用为：将输入端三相交其作用为：将输入端三相交流电变成直流电，再逆变成流电变成直流电，再逆变成交流电的功率处理电路。交流电的功率处理电路。l该电路在应用中，是故障率该电路在应用中，是故障率较高的部分电路。较高的部分电路。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.1 主电路工作原理主电路工作原理l2.1.1主电路结构主电路结构l该电路是现在通用的低压变频器主电路图。不管什么品牌该电路是现在通用的低压变频器主电路图。不管什么品牌的变频器，其主电路结构基本如此。因为：的变频器，其主电路结构基本如此。因为：整流整流电路和电路和逆逆变变电路是两个标准模块，没有变化的空间。电路是两个标准模块，没有变化的空间。l2.1.2 整流滤波电路整流滤波电路l1.整流整流lVD1VD6整流二极管，完成将交流电整成直流电的工作。整流二极管，完成将交流电整成直流电的工作。l整流原理：整流原理：第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l1）整流波形）整流波形l在整流过程中，电流总是从电压最高的相流到电压最低在整流过程中，电流总是从电压最高的相流到电压最低l的相。的相。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2）整流电路减小电流谐波的措施）整流电路减小电流谐波的措施l在输入电路加入在输入电路加入l交流交流和和直流电抗直流电抗l器器，利用电感的，利用电感的l储能作用，可使储能作用，可使l输入电流变得较输入电流变得较l为平滑，减少谐为平滑，减少谐l波，电抗器是变波，电抗器是变l频器的重要外选频器的重要外选l件。件。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.滤波滤波l1）滤波电容）滤波电容lC1、C2；均压电阻：；均压电阻：R1、R2l滤波作用：将整流后的直流电滤平。通过滤波电容，可以滤波作用：将整流后的直流电滤平。通过滤波电容，可以使直流电的平均值上升。最高可以达到波峰值。使直流电的平均值上升。最高可以达到波峰值。l2）充电限流电阻：）充电限流电阻：RL l作用：限制接通瞬间的充电电流，保护整流二极管。当电作用：限制接通瞬间的充电电流，保护整流二极管。当电容上充电电压上升到一定值后，继电器容上充电电压上升到一定值后，继电器SL闭合，电路进入闭合，电路进入正常工作状态正常工作状态。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修3.直流母线直流母线l直流母线就是整流后得到的正负电压的两条电源线，正电直流母线就是整流后得到的正负电压的两条电源线，正电的一端叫正母线，负电的一端叫负母线。该母线有相应的的一端叫正母线，负电的一端叫负母线。该母线有相应的外接端子，连接制动电路，在故障测量时有着重要的作用。外接端子，连接制动电路，在故障测量时有着重要的作用。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.1.3 制动电路制动电路l图中图中RB电阻和电阻和VTB是制动选件（外购），当电动机产生回是制动选件（外购），当电动机产生回馈电能，使馈电能，使UPN电压达到电压达到700V以上，以上，VTB受控导通（由单受控导通（由单片机控制），电动机产生的回馈电流流过制动电阻，将机片机控制），电动机产生的回馈电流流过制动电阻，将机械能转换成的电能通过械能转换成的电能通过RB电阻消耗，电动机得到制动力矩电阻消耗，电动机得到制动力矩而停止。而停止。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l1.制动电路的必要性制动电路的必要性l电动机变为发电机的条件是：电动机变为发电机的条件是：当负载拖着电动机转动或当负载拖着电动机转动或因为电动机自身惯性转动：因为电动机自身惯性转动：变频器有频率输出，并且输变频器有频率输出，并且输出频率低于电动机的转速。电动机变为发电机，向变频器出频率低于电动机的转速。电动机变为发电机，向变频器回馈电能。回馈电能。1）减速制动）减速制动 为了使电动机为了使电动机尽快尽快停止，变频器采用降速停机的方法。在停止，变频器采用降速停机的方法。在降速过程中，电动机的降速过程中，电动机的转速高于了变频器的输出频率，转速高于了变频器的输出频率，电电动机变为动机变为发电机，发电机，将机械将机械能变为电能，这个电能由制能变为电能，这个电能由制动电阻所消耗，使电动机动电阻所消耗，使电动机得到制动力矩而停止转动。得到制动力矩而停止转动。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2）起重、升降设备制动）起重、升降设备制动l当负载重物下降时，拉着电动机转动，电动机将重物的动当负载重物下降时，拉着电动机转动，电动机将重物的动能转化为电能回馈给变频器。能转化为电能回馈给变频器。P=nT（T为常数），回馈电为常数），回馈电能和变频器的下降速度成正比，相应的制动电阻的阻值和能和变频器的下降速度成正比，相应的制动电阻的阻值和功率也要与下降速度相适应。功率也要与下降速度相适应。l没有回馈电能的场合，不用安装制动电阻。没有回馈电能的场合，不用安装制动电阻。l3）风机）风机l风机因为没有制动电阻，风机因为没有制动电阻，l要设置较长的频率下降要设置较长的频率下降l时间，以防产生回馈电时间，以防产生回馈电l能。能。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.1.4 解决回馈电能的其他方法解决回馈电能的其他方法l1.公用直流母线公用直流母线l在多台变频器并联应用时，公用直流母线是消耗回馈电能在多台变频器并联应用时，公用直流母线是消耗回馈电能的好方法。正常工作的条件是：的好方法。正常工作的条件是：l电路中消耗电能的变频器任何时刻消耗掉的电能必须比此电路中消耗电能的变频器任何时刻消耗掉的电能必须比此时释放电能的变频器释放的电能大，否则直流母线会过压时释放电能的变频器释放的电能大，否则直流母线会过压跳闸。跳闸。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l解决方法解决方法：l错开变频器的制动时间，防止回馈能量集中。为了防止特错开变频器的制动时间，防止回馈能量集中。为了防止特殊情况下过压跳闸，在母线上安装制动电阻，该电阻是应殊情况下过压跳闸，在母线上安装制动电阻，该电阻是应急电阻，容量可选的小一些。急电阻，容量可选的小一些。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.采用回馈整流电路采用回馈整流电路l1)用于整流的原理用于整流的原理第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2）用于回馈）用于回馈l当直流母线上的电压超过了正常整流电压，当直流母线上的电压超过了正常整流电压，6只开关管按只开关管按照照PWM调制原理开关工作，将回馈电能回馈电网。该回调制原理开关工作，将回馈电能回馈电网。该回馈电路不论是整流还是处理回馈电能，交流电抗器是一个馈电路不论是整流还是处理回馈电能，交流电抗器是一个关键部件，它的电感量和储能特性关系到开关管的工作安关键部件，它的电感量和储能特性关系到开关管的工作安全。全。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.1.4 逆变电路逆变电路lVT1VT6六只六只IGBT开关管相当于开关管相当于6只开关，闭合导通，打只开关，闭合导通，打开截止。开截止。l开关规律：上下两只开关管为一相，当该相电流流出时，开关规律：上下两只开关管为一相，当该相电流流出时，上桥臂管子导通，流进时，下桥臂管子导通，两管绝对不上桥臂管子导通，流进时，下桥臂管子导通，两管绝对不能同时导通，同时导通会造成管子损坏。能同时导通，同时导通会造成管子损坏。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l1.逆变电路器件作用逆变电路器件作用l1）6个个IGBT开关管相当于开关管相当于6只开关，按照只开关，按照PWM波的导通波的导通要求，开通或关闭。要求，开通或关闭。l2）6只二极管起续流作用，因为变频器的负载是电动机，只二极管起续流作用，因为变频器的负载是电动机，为感性负载，感性负载的电流和电压不同相位，会使为感性负载，感性负载的电流和电压不同相位，会使IGBT产生反向电压，当产生反向电压时由续流二极管续产生反向电压，当产生反向电压时由续流二极管续流。流。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.2 整流电路的维修整流电路的维修l2.2.1 维修目的维修目的l1.维修原因维修原因：变频器出现了缺相、欠电压报警跳闸，变频：变频器出现了缺相、欠电压报警跳闸，变频器不能正常工作。器不能正常工作。l2.故障原因故障原因：外电压缺相、整流管缺相、电容滤波不良、：外电压缺相、整流管缺相、电容滤波不良、限流电阻限流电阻RL损坏、继电器损坏、继电器SL接触不良（损坏）等。接触不良（损坏）等。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l3.维修方法维修方法：首先进行：首先进行R、S、T电压、直流母线电压测量，电压、直流母线电压测量，用以鉴别问题是出在外电路还是变频器。用以鉴别问题是出在外电路还是变频器。l4.测量顺序测量顺序：先测量：先测量RST三相电压（三相电压（测接线桩测接线桩），如正常），如正常（三相都为（三相都为380V，不缺相、不欠压），再测量直流母线，不缺相、不欠压），再测量直流母线电压（电压（测接线桩测接线桩），分负载测量和空载测量。），分负载测量和空载测量。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l5.问题初步判断问题初步判断：l1）如直流母线电压空载和负载时都在）如直流母线电压空载和负载时都在500V左右，整流滤左右，整流滤波电路都没问题，问题出在检测电路（误报）。波电路都没问题，问题出在检测电路（误报）。l2）如空载正常，负载时电压明显下降（低于）如空载正常，负载时电压明显下降（低于450V），整），整流电路或其他问题。流电路或其他问题。l3）如空载电压较低，负载电动机不转，电压下降到十几）如空载电压较低，负载电动机不转，电压下降到十几伏，接触器坏。伏，接触器坏。l4）直流母线无电压，限流电阻断。）直流母线无电压，限流电阻断。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.2.2 具体损坏器件的外线测量具体损坏器件的外线测量l当我们在测量外电路的电压过程中，如果当我们在测量外电路的电压过程中，如果认为变频器的内认为变频器的内部有的器件损坏部有的器件损坏，可利用，可利用测量外线电阻的方法进行确认测量外线电阻的方法进行确认，该方法很受现场工作者欢迎。在整流电路中，具体器件就该方法很受现场工作者欢迎。在整流电路中，具体器件就是整流桥、滤波电容、制动组件（有时没有）、限流电阻是整流桥、滤波电容、制动组件（有时没有）、限流电阻和接触器。用测量直流电阻的方法可有效的确定上述器件和接触器。用测量直流电阻的方法可有效的确定上述器件的质量问题。的质量问题。l1.测量表具：指针万用表的测量表具：指针万用表的100或或10挡，数字万用表挡，数字万用表的测晶体管挡。的测晶体管挡。l2.用指针万用表测量用指针万用表测量l（1）确定整流管的好坏确定整流管的好坏第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l注意注意：指针万用表电阻挡的：指针万用表电阻挡的红红表笔接内部电池的表笔接内部电池的“”极；极；黑表笔接内部电池的黑表笔接内部电池的“”极，在测量有极性器件时要注极，在测量有极性器件时要注意。意。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l黑表笔接黑表笔接R、S、T，红表笔接，红表笔接P，测量上桥臂。表针摆测量上桥臂。表针摆动到刻度的动到刻度的3/5，正常，不摆动，断路；摆动到，正常，不摆动，断路；摆动到0，管子，管子短路（该现象很少见，因短路电流很大，管子必然烧断）。短路（该现象很少见，因短路电流很大，管子必然烧断）。由此可确定出由此可确定出VD1VD3哪个管子损坏。哪个管子损坏。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l红表笔接红表笔接R、S、T，黑表笔接，黑表笔接N，测量下桥臂。表针摆测量下桥臂。表针摆动到刻度的动到刻度的3/5，正常，不摆动，断路；摆动到，正常，不摆动，断路；摆动到0，管子，管子短路（该现象很少见，因短路电流很大，管子必然烧断）短路（该现象很少见，因短路电流很大，管子必然烧断）l由此可确定出由此可确定出VD4VD6哪个管子损坏。哪个管子损坏。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2）测量限流电阻的好坏）测量限流电阻的好坏l当继电器当继电器SL损坏，较长时间不能闭合，会造成直流母线电损坏，较长时间不能闭合，会造成直流母线电压低，变频器报欠压；限流电阻损坏；压低，变频器报欠压；限流电阻损坏；l制动电阻的制动选件短路损坏，造成启动时制动电阻并联制动电阻的制动选件短路损坏，造成启动时制动电阻并联在直流母线上，将限流电阻烧坏。在直流母线上，将限流电阻烧坏。l限流电阻根据变频器型号不同，有的安装在上母线，有的限流电阻根据变频器型号不同，有的安装在上母线，有的安装在下母线。安装在下母线。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l在测量整流管时，如果在测量整流管时，如果有一臂的三只整流管导通电阻明显有一臂的三只整流管导通电阻明显增大，则限流电阻坏（限流电阻的正常值在增大，则限流电阻坏（限流电阻的正常值在500以下，以下，变频器的功率越大，阻值越小）。变频器的功率越大，阻值越小）。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l3）滤波电容的测量）滤波电容的测量l滤波电容在电路中的损坏只有开路或容量下降（短路电容滤波电容在电路中的损坏只有开路或容量下降（短路电容就爆炸了，没有测量的机会），一般用测量在线电阻的方就爆炸了，没有测量的机会），一般用测量在线电阻的方法很难确定。但在测量整流管的导通电阻时看到表针摆动，法很难确定。但在测量整流管的导通电阻时看到表针摆动，这是电容的充电效应。因为电容是多只并联，同时损坏的这是电容的充电效应。因为电容是多只并联，同时损坏的概率很小。概率很小。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l4）确定接触器的好坏）确定接触器的好坏l接触器的工作原理是线圈通电，触点吸合。如果线圈的驱接触器的工作原理是线圈通电，触点吸合。如果线圈的驱动电源损坏，会造成触点不闭合。动电源损坏，会造成触点不闭合。l判断方法：判断方法：l开机时能否听到接触器闭合的声音；如果听不到闭合的开机时能否听到接触器闭合的声音；如果听不到闭合的声音，可能接触器驱动电源坏。声音，可能接触器驱动电源坏。l变频器报欠压，起机时频率上升到变频器报欠压，起机时频率上升到13Hz时就不再上时就不再上升，电动机没有输出电流，用电压表测量直流母线电压很升，电动机没有输出电流，用电压表测量直流母线电压很低（十几伏几十伏）。可判断为接触器不吸合。低（十几伏几十伏）。可判断为接触器不吸合。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.3 逆变电路的维修逆变电路的维修l2.3.1 维修目的维修目的l1.维修原因维修原因：变频器输出出现了缺相、过流、电动机异常：变频器输出出现了缺相、过流、电动机异常报警跳闸，变频器不能正常工作等。报警跳闸，变频器不能正常工作等。l2.故障原因故障原因：电动机有问题，造成过流；变频器逆变电路：电动机有问题，造成过流；变频器逆变电路有问题，造成缺相、输出电压不平衡等。有问题，造成缺相、输出电压不平衡等。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l3.故障初步确认故障初步确认：首先进行：首先进行U、V、W电压测量，根据测电压测量，根据测量数据，进行正确判断。量数据，进行正确判断。l1）变频器输出三相电压平衡，变频器没问题。变频器输出三相电压平衡，变频器没问题。l2）缺相，变频器一个桥臂的开关管损坏。哪一相缺相，缺相，变频器一个桥臂的开关管损坏。哪一相缺相，对应的那一路上下桥臂开关管损坏。对应的那一路上下桥臂开关管损坏。l3）如输出电压不平衡，去掉电动机，仍不平衡，变频器如输出电压不平衡，去掉电动机，仍不平衡，变频器不平衡相的桥臂开关管性能不良或有一只开关管已经损坏。不平衡相的桥臂开关管性能不良或有一只开关管已经损坏。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l4.测量测量6只逆变开关管的好坏只逆变开关管的好坏l将变频器输出频率调到将变频器输出频率调到3Hz左右，万用表打到左右，万用表打到500V直流直流挡挡，：分别测量分别测量：P-U、P-V、P-W及及U-N、V-N、W-N之之间的直流电压。间的直流电压。l管子正常时，管子正常时，测出的电压应为测出的电压应为1/2UPN，如果哪路，如果哪路电压偏高电压偏高，则那路则那路IGBT开路或开关不良。开路或开关不良。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.3.2 IGBT测量测量l在逆变电路中，具体器件就是在逆变电路中，具体器件就是IGBT和二极管，首先介绍和二极管，首先介绍IGBT的工作原理和好坏判断。的工作原理和好坏判断。l二极管具有单向导电性，好的二极管具有单向导电性，好的IGBT怎么测量都不通。怎么测量都不通。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l独立测量独立测量：将独立的：将独立的IGBT（管子没有接到电路中），用（管子没有接到电路中），用万用表的万用表的10k挡，黑表笔接挡，黑表笔接C极，红表笔接极，红表笔接E极，用手极，用手指短路指短路C、G极，表针摆动，管子是好的。极，表针摆动，管子是好的。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l“BSM10GD120DN2”IGBT功率模块管脚图功率模块管脚图对应模块测量对应模块测量 IGBT好坏好坏第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l2.3.4 测量直流电阻确定某个器件的损坏测量直流电阻确定某个器件的损坏l在逆变电路中，具体器件就是逆变桥。在逆变电路中，具体器件就是逆变桥。l1.测量表具测量表具：指针万用表的：指针万用表的100或或10挡，数字万用挡，数字万用l表的测二极管专用挡。表的测二极管专用挡。l2.测量方法测量方法：测量输出端子：测量输出端子U、V、W到直流母线端子到直流母线端子P、lN 之间的直流电阻。可确定之间的直流电阻。可确定VD7VD12续流二极管的好续流二极管的好l坏。坏。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l3.测量上桥臂测量上桥臂l在电路中，在电路中，IGBT短路的可能性很小，因为一旦短路，强短路的可能性很小，因为一旦短路，强大的电流会很快将其烧断。所以大的电流会很快将其烧断。所以IGBT在电路中损坏是以在电路中损坏是以开路居多。因为开路居多。因为IGBT开路对测量开路对测量6个续流二极管没有影响，个续流二极管没有影响，所以可以用测量整流管的方法测量所以可以用测量整流管的方法测量6个续流二极管。个续流二极管。l测量上桥臂：测量上桥臂：l黑笔接黑笔接UVW接线桩，接线桩，l红笔接红笔接P点接线桩，点接线桩，l表针摆动到刻度表针摆动到刻度l的的3/5，正常，正常，不摆动，断路。不摆动，断路。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l4.测量下桥臂测量下桥臂l红表笔接红表笔接UVW接线桩接线桩，黑表笔接，黑表笔接N点接线桩点接线桩。表针摆动到。表针摆动到刻度的刻度的3/5，正常，不摆动，断路；摆动到，正常，不摆动，断路；摆动到0，管子短路，管子短路（该现象很少见，因短路电流很大，管子必然烧断）（该现象很少见，因短路电流很大，管子必然烧断）l5.结果分析结果分析l上、下桥臂只要上、下桥臂只要l续流管开路，开续流管开路，开l关管也坏；关管也坏；续流续流l管不坏，开关管管不坏，开关管l有的也坏。有的也坏。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l本章总结：本章总结：l1.本章最大的特点是通过测量变频器的外端子确定变频器本章最大的特点是通过测量变频器的外端子确定变频器的内部故障，省事、省时、便于操作，对变频器没有损害，的内部故障，省事、省时、便于操作，对变频器没有损害，可操作性强。可操作性强。l2.测量中只用到电压和电阻的基本知识，任何电工都可以测量中只用到电压和电阻的基本知识，任何电工都可以操作。操作。第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修l主电路测量图主电路测量图第第2章章 变频器主电路的维修变频器主电路的维修 敬请提出建议，敬请提出建议，谢谢大家！谢谢大家！