变频器控制电路的维修.ppt

1第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修课前思考题：课前思考题：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：1.变频器报故障跳闸停机，怎样检查？变频器不报故障停变频器报故障跳闸停机，怎样检查？变频器不报故障停机，怎样检查？机，怎样检查？2.变频器某部分功能消失，怎样做出正确的判断？变频器某部分功能消失，怎样做出正确的判断？3.怎样在不分解变频器的前提下，通过测量变频器的外接怎样在不分解变频器的前提下，通过测量变频器的外接端子做出故障判断？端子做出故障判断？第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修2.1 变频器的组成变频器的组成变频器为了适应工程需要，要有一系列控制端子，变频器为了适应工程需要，要有一系列控制端子，要有操作面板，要能够进行程序的读出写入，变要有操作面板，要能够进行程序的读出写入，变频器内部，为了进行工作时的保护，要设置相应频器内部，为了进行工作时的保护，要设置相应的保护电路。的保护电路。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修2.1.1 变频器结构框图变频器结构框图任何品牌的变频器，其内任何品牌的变频器，其内部功能框图是一样的，因部功能框图是一样的，因为变频器要保证正常工作，为变频器要保证正常工作，必须要有相应的功能。必须要有相应的功能。变变频器主要包括：频器主要包括：主电路、电流保护电路、主电路、电流保护电路、电压保护电路、驱动电路、电压保护电路、驱动电路、稳压电源、控制端子、接稳压电源、控制端子、接口电路、操作面板、口电路、操作面板、CPU等。等。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修功能电路分析功能电路分析1.过压过压/欠压保护电路欠压保护电路1）电路功能）电路功能该电路检测的是直流母线电压。该电路检测的是直流母线电压。启动时母线电压接近正常值，启动时母线电压接近正常值，启动接触器闭合，短路限流电阻。启动接触器闭合，短路限流电阻。当电压达到了过压值，先开启当电压达到了过压值，先开启制动电阻，如没有制动电阻，报制动电阻，如没有制动电阻，报警；电压再升高，跳闸。警；电压再升高，跳闸。电压低于了设定值，报欠压，电压低于了设定值，报欠压，再低，跳闸。再低，跳闸。只要和直流母线电压的变化相关的只要和直流母线电压的变化相关的报警，就是该电路检测的结果。报警，就是该电路检测的结果。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修2）取样电路）取样电路取样电路有两种形式：取样电路有两种形式：将直流母线将直流母线515V通过通过分压分压电阻，取出检测电压，由电阻，取出检测电压，由运算运算放大器放大。放大器放大。在电源变压器上增加一在电源变压器上增加一个二次绕组，绕组的同名个二次绕组，绕组的同名端和其他绕组相反，取出端和其他绕组相反，取出和母线电压成比例的二次和母线电压成比例的二次电压，作为取样信号。电压，作为取样信号。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修3）放大电路）放大电路在变频器中，模拟信号的放大都是采用的运算放大器。运在变频器中，模拟信号的放大都是采用的运算放大器。运算放大器通过不同的连接，可组成放大器、比较器、积分算放大器通过不同的连接，可组成放大器、比较器、积分器、微分器等。器、微分器等。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修3）过压原因）过压原因 制动电路损坏制动电路损坏 ，制动电阻始终没有制动电流流过，制动电阻始终没有制动电流流过 a.a.开关管损坏开路开关管损坏开路 b.b.控制电路不发驱动信号控制电路不发驱动信号 减速时间过短，又未安装制动电路减速时间过短，又未安装制动电路 电源端输入了高电压电源端输入了高电压 4 4）电路损坏误报）电路损坏误报 由保护电路故障所致，绝大多数情况是取样器件或取样由保护电路故障所致，绝大多数情况是取样器件或取样电路变值或损坏。电路变值或损坏。取样电阻阻值发生变化，检测比例变化，误报；取样电阻阻值发生变化，检测比例变化，误报；运算放大器及外围电路故障，保护功能消失。运算放大器及外围电路故障，保护功能消失。5 5）故障判断）故障判断 测量直流母线电压，如果母线电压不高，变频器坏。测量直流母线电压，如果母线电压不高，变频器坏。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修2.过流保护电路过流保护电路是保护逆变桥过流、过载等是保护逆变桥过流、过载等的保护电路。它由检测、放的保护电路。它由检测、放大、模大、模/数转换等电路组成。数转换等电路组成。电路的功能为：电路的功能为：限流；限流；过流报警、跳闸；过流报警、跳闸；过载报警、跳闸。过载报警、跳闸。该电路出了故障，一是误报；该电路出了故障，一是误报；二是失去保护功能，造成逆二是失去保护功能，造成逆变桥的损坏变桥的损坏只要和输出电流的变化相关只要和输出电流的变化相关的报警，就是该电路检测的的报警，就是该电路检测的结果结果。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修1）电路）电路取样电路分为：取样电路分为：分流电阻分流电阻霍尔器件霍尔器件检测检测IGBT饱和电压饱和电压第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修检测电路检测电路第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修由金属片组成的取样电路（西门子由金属片组成的取样电路（西门子430）第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修2）故障维修）故障维修当变频器工作在正常状态变频器发出保护动作，或过载过当变频器工作在正常状态变频器发出保护动作，或过载过流时变频器不保护，则为保护电路出现了故障。流时变频器不保护，则为保护电路出现了故障。测量测量当变频器报过载（过流），查看过载电流显示值，如果小当变频器报过载（过流），查看过载电流显示值，如果小于变频器的容量值，可修改设定；如果显示值已达到容量于变频器的容量值，可修改设定；如果显示值已达到容量值，可负载又没有过流迹象，可测量变频器的实际输出电值，可负载又没有过流迹象，可测量变频器的实际输出电流，如果测量值比显示值小，则可能为变频器误报。流，如果测量值比显示值小，则可能为变频器误报。测量电流必须用动铁式电流表，串联在电路中，一般不好测量电流必须用动铁式电流表，串联在电路中，一般不好操作。操作。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修 3.数字数字输入端子和隔离电输入端子和隔离电路路 1）电路功能）电路功能 变频器有一系列的数字输变频器有一系列的数字输入端子，这些端子和入端子，这些端子和CPU通过隔离电路交换数据。通过隔离电路交换数据。每个端子对应一个独立的每个端子对应一个独立的光电耦合器，哪一只光电光电耦合器，哪一只光电耦合器出了问题，那一路耦合器出了问题，那一路输入端子不能正常工作。输入端子不能正常工作。说明：说明：因为数字端子不在因为数字端子不在保护范围内，产生的故障保护范围内，产生的故障一般不报警。一般不报警。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修2）测量维修）测量维修测量原因测量原因：某端子：某端子原来工作正常，现原来工作正常，现在闭合无效。在闭合无效。测量方法测量方法：用电用电压表的压表的50V挡测量挡测量该端子到地的直流该端子到地的直流电压；用直流电压；用直流50mA电流挡测量电流挡测量该端子到地的直流该端子到地的直流电流，电流，将测量值记将测量值记录。录。再用同样方再用同样方法测量好的端子，法测量好的端子，进行比较。进行比较。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修故障判断故障判断：如果测出的故障端子电流和电压和好的端子不：如果测出的故障端子电流和电压和好的端子不一样，则故障端子损坏（一样，则故障端子损坏（比较法比较法）。）。如果故障端子的如果故障端子的电流和电压为零，整个电路开路，或电流和电压为零，整个电路开路，或24V电源坏；如果所有输入端子的电压和电流都为零（此时变电源坏；如果所有输入端子的电压和电流都为零（此时变频器所有输入端子都无效），频器所有输入端子都无效），24V总电源坏。总电源坏。输入端子一般都是多功能的，如果确定为某一端子损坏，输入端子一般都是多功能的，如果确定为某一端子损坏，可以由另一个端子替代，不必维修。可以由另一个端子替代，不必维修。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修西门子变频器西门子变频器外端子排列：外端子排列：测量测量9到到5、67、8、16、17之之间的电压应为间的电压应为24V.测量测量28到到5、67、8、16、17之之间的电压应为间的电压应为0V.第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修4.模拟输入输出端子模拟输入输出端子模拟输入输出端子通过模拟输入输出端子通过I-U转换电路和转换电路和CPU交交换数据。换数据。该电路是该电路是模拟输入模拟输入电压、电流、以及模拟电压、电流、以及模拟输出指示端子的转换电输出指示端子的转换电路。路。该电路出了问题，该电路出了问题，会影响这几路信号的正会影响这几路信号的正常工作。常工作。该端子故障，一般不报该端子故障，一般不报警。警。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修故障现象故障现象：模拟输入电压、电流端子是控制变频器运行的：模拟输入电压、电流端子是控制变频器运行的端子。该端子出现的故障为失效、变频器偷停、时通时断端子。该端子出现的故障为失效、变频器偷停、时通时断等。当该端子出现故障，测量故障端子的电压和电流，可等。当该端子出现故障，测量故障端子的电压和电流，可鉴别端子的好坏。鉴别端子的好坏。判断方法：判断方法：电压控制端子：测量该端子到地之间的电压，电压有并且电压控制端子：测量该端子到地之间的电压，电压有并且可调，变频器没功能，端子内部坏；没电压，查外线、查可调，变频器没功能，端子内部坏；没电压，查外线、查端子的供电电源。端子的供电电源。电流控制端子：测端子电流，有电流且可变，变频器无功电流控制端子：测端子电流，有电流且可变，变频器无功能，端子内部坏；无电流，查外线或测量该端子到公共端能，端子内部坏；无电流，查外线或测量该端子到公共端的直流电阻，直流电阻很大，端子坏，直流电阻较小，外的直流电阻，直流电阻很大，端子坏，直流电阻较小，外线断。线断。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修测量方法测量方法：测电压两表笔并联在电路两端，测电流两表笔串联在电路测电压两表笔并联在电路两端，测电流两表笔串联在电路两端。两端。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修电源电源这是变频器除了主电这是变频器除了主电路之外所有电路的供路之外所有电路的供电电源。它出了故障，电电源。它出了故障，整个变频器停止工作。整个变频器停止工作。因为该电源的输出端因为该电源的输出端是分组输出，哪一组是分组输出，哪一组出了问题，影响那一出了问题，影响那一组所对应的电路。组所对应的电路。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修1)电路结构电路结构图中图中L1为一次电路，为一次电路，L2、L3、L4、L5为二次电路，工作为二次电路，工作时一次电路导通，二次电路截止，一次电路截止时，二次电时一次电路导通，二次电路截止，一次电路截止时，二次电路导通。二次电路的输出电压由开关管的脉冲宽度调节。路导通。二次电路的输出电压由开关管的脉冲宽度调节。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修2）电路分析）电路分析开关原理开关原理开关管导通时，开关管导通时，L1充电，充电电流充电，充电电流线性上升；开关管截止时，磁场通线性上升；开关管截止时，磁场通过次级绕组放电，放电电流通过二过次级绕组放电，放电电流通过二极管整流、电容滤波得到平滑的输极管整流、电容滤波得到平滑的输出电压。出电压。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修 稳压原理稳压原理 取样电路为光电耦合器（高低压隔离），光电管上接取样电路为光电耦合器（高低压隔离），光电管上接5V，下接基准电路，当，下接基准电路，当5V上升时，流过光电管的电流增大，上升时，流过光电管的电流增大，脉宽调制电路脉宽调制电路2脚的电压上升，输出的脉宽变窄，输出电压脚的电压上升，输出的脉宽变窄，输出电压下降；反之，输出电压上升。通过电压负反馈，将输出电压下降；反之，输出电压上升。通过电压负反馈，将输出电压稳定在稳定在 设定值。设定值。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修3）故障分析与测量）故障分析与测量故障故障 稳压电源的故障分为整体损坏和局部损坏。稳压电源的故障分为整体损坏和局部损坏。整体损坏整体损坏为电源的高压部分损坏，整个电源没有输出，变为电源的高压部分损坏，整个电源没有输出，变频器的表现为黑屏，所有功能都没有。频器的表现为黑屏，所有功能都没有。局部损坏局部损坏为次级电路某一路没有输出。变频器对应的电路为次级电路某一路没有输出。变频器对应的电路失去功能。次级电路的故障多为整流二极管坏、滤波电容失去功能。次级电路的故障多为整流二极管坏、滤波电容失去容量、短路等。失去容量、短路等。还有一种现象为某路电容的容量下降，还有一种现象为某路电容的容量下降，使该路输出电压不稳定，造成变频器报警不统一、变频器使该路输出电压不稳定，造成变频器报警不统一、变频器时好时坏一些古怪故障。时好时坏一些古怪故障。测量与维修测量与维修变频器在外界可测量的电源端子有：变频器在外界可测量的电源端子有：输入端子、输出端子、操作面板等。因其他部分在变频器输入端子、输出端子、操作面板等。因其他部分在变频器内部，必须解体才能测量。内部，必须解体才能测量。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修例例1：有一台变频器：有一台变频器(MM4-30KW)，在使用的过程中经常，在使用的过程中经常“无故无故”停机。再次开机可能又是正常的。经过较长时间停机。再次开机可能又是正常的。经过较长时间的观察，发现上电后主继电器吸合不正常，有时会掉电，的观察，发现上电后主继电器吸合不正常，有时会掉电，乱跳。乱跳。查故障原因，结果发现是因为开关电源出来到继查故障原因，结果发现是因为开关电源出来到继电器线包的一路电源的滤波电容漏电造成电压偏低且不稳，电器线包的一路电源的滤波电容漏电造成电压偏低且不稳，造成继电器吸合不正常而无故停机。造成继电器吸合不正常而无故停机。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修例例2：一台变频器：一台变频器(MM4-22KW)，上电显示正常，一给运，上电显示正常，一给运行信号就出现行信号就出现P-或或-，经过仔细观察，发现风，经过仔细观察，发现风扇的转速有些不正常，把风扇拔掉又会显示扇的转速有些不正常，把风扇拔掉又会显示F0030，在，在维修的过程中有时报警较乱，还出现过维修的过程中有时报警较乱，还出现过F0021F0001A0501等。在先给了运行信号然后再把风等。在先给了运行信号然后再把风扇接上去就不出现扇接上去就不出现P-，但是，接上一个风扇时，风，但是，接上一个风扇时，风扇的转速是正常的，输出三相也正常，第二个风扇再接上扇的转速是正常的，输出三相也正常，第二个风扇再接上时风扇的转速明显不正常。于是分析问题在电源板上。结时风扇的转速明显不正常。于是分析问题在电源板上。结果是开关电源供风扇的一路电源上的滤波电容漏电造成的，果是开关电源供风扇的一路电源上的滤波电容漏电造成的，换上一个同样的电容问题就解决了。换上一个同样的电容问题就解决了。并不是说出现上述故障都是电源的问题，但因电源不并不是说出现上述故障都是电源的问题，但因电源不稳使硬件工作不正常，那么报出的故障也就没规律了。稳使硬件工作不正常，那么报出的故障也就没规律了。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修6.驱动电路驱动电路该电路是将该电路是将CPU输出的输出的PWM信号进行放大，驱动信号进行放大，驱动IGBT开关开关工作。该电路和主电路紧密相工作。该电路和主电路紧密相连，是很重要，又容易出故障连，是很重要，又容易出故障的一部分电路的一部分电路第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修1）驱动电路）驱动电路隔离放大、驱动放大电路、驱动电路电源隔离放大、驱动放大电路、驱动电路电源光耦隔离电路光耦隔离电路图中图中IC为为PWM输出和驱动电路的隔离电路。当驱动电路损坏输出和驱动电路的隔离电路。当驱动电路损坏不至于将故障扩大到不至于将故障扩大到PWM发生电路。发生电路。V1为第一级放大；为第一级放大；V2、V3为输出跟随器，提高输出能力。为输出跟随器，提高输出能力。图中稳压管图中稳压管DZ使电源电压稳定在使电源电压稳定在20V。注：隔离电路中的光电耦合器容易损坏。注：隔离电路中的光电耦合器容易损坏。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修2）驱动电路和电源的连接）驱动电路和电源的连接电路作用：为驱动电路提供直流电源。该电路由一只电路作用：为驱动电路提供直流电源。该电路由一只5V稳稳压管取得压管取得5V电源，加在电源，加在IGBT开关管的发射极上，使驱动开关管的发射极上，使驱动信号在零时，保证信号在零时，保证IGBT控制极为控制极为5V的负电压，使管子可的负电压，使管子可靠的截止。靠的截止。该电源需要该电源需要4组，三个带浮地，一个直接接地。该电源由变组，三个带浮地，一个直接接地。该电源由变频器的频器的DC/DC直流电源提供。直流电源提供。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修3）驱动电路故障判断）驱动电路故障判断驱动电路损坏率比较高的是光电耦合器，光电耦合器损坏，驱动电路损坏率比较高的是光电耦合器，光电耦合器损坏，开关管没有驱动信号，没有输出，变频器输出电压不平衡；开关管没有驱动信号，没有输出，变频器输出电压不平衡；放大电路坏，可能造成开关管长通，使上下桥臂同时击穿，放大电路坏，可能造成开关管长通，使上下桥臂同时击穿，造成缺相。造成缺相。总之，开关电路坏一是造成开关电路不工作（缺相），总之，开关电路坏一是造成开关电路不工作（缺相），二是造成开关管损坏。二是造成开关管损坏。判断方法：判断方法：用直流电压表测量三相输出端到直流母线的电用直流电压表测量三相输出端到直流母线的电压，哪一相电压较高（正常为压，哪一相电压较高（正常为1/2UPN），哪一相驱动电），哪一相驱动电路可能有问题。路可能有问题。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修4）实际电路）实际电路第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修7.操作面板操作面板操作面版是采用接插操作面版是采用接插件连接，接触不良，件连接，接触不良，会引起个别功能消失，会引起个别功能消失，供电不良会引起黑屏。供电不良会引起黑屏。个别功能部件失灵，个别功能部件失灵，可能是按键接触虚。可能是按键接触虚。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修8.开路集电极输出端子开路集电极输出端子该端子由隔离电路（与该端子由隔离电路（与CPU隔离）。因为使用隔离）。因为使用的原因损坏率较高。一的原因损坏率较高。一般属于开路晶体管过流般属于开路晶体管过流所致。判断较容易，因所致。判断较容易，因为其他几路如果是好的，为其他几路如果是好的，只此一路有问题，可断只此一路有问题，可断定该只管子有问题；如定该只管子有问题；如果各只管子都有问题，果各只管子都有问题，则可能问题出在单片机。则可能问题出在单片机。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修9.输出接点端子输出接点端子该端子是通过继电器的触该端子是通过继电器的触点闭合或断开发信号，点闭合或断开发信号，损损坏原因多为触点烧联或接坏原因多为触点烧联或接触不良。触不良。用万用表的电阻挡测量：用万用表的电阻挡测量：不该导通导通，烧联；不该导通导通，烧联；该导通不通，接触不良。该导通不通，接触不良。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修10.单片机单片机单片机又称单片机又称CPU，是整个变频，是整个变频器的核心器件，如同人的大脑，器的核心器件，如同人的大脑，输出各种控制信号和处理输入、输出各种控制信号和处理输入、检测等信号。检测等信号。CPU是集成电路，又经过层层是集成电路，又经过层层保护，故障率很低。正常工作保护，故障率很低。正常工作时的损坏率很低，雷击、变频时的损坏率很低，雷击、变频器电源引起的过压、工作环境器电源引起的过压、工作环境潮湿、静电感应等可能引起损潮湿、静电感应等可能引起损坏。在故障维修时，没有充分坏。在故障维修时，没有充分的理由，不要轻易怀疑单片机的理由，不要轻易怀疑单片机有问题。因为单片机有问题，有问题。因为单片机有问题，就得换主板。就得换主板。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修11.外壳屏蔽的重要性外壳屏蔽的重要性1）屏蔽原理）屏蔽原理变频器的外壳必须接地，接地后变频器的内部电场变化不变频器的外壳必须接地，接地后变频器的内部电场变化不影响壳外；壳外电场变化不影响壳内。这就是为什么强调影响壳外；壳外电场变化不影响壳内。这就是为什么强调外壳必须良好接地。外壳必须良好接地。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修12.总结总结通过我们对变频器控制电路的分析，可以得出以下结论：通过我们对变频器控制电路的分析，可以得出以下结论：1）变频器出现了保护跳闸（切断变频器的输入或输出，）变频器出现了保护跳闸（切断变频器的输入或输出，停止工作，停止工作，重新工作需要复位重新工作需要复位），是被保护的电路出现了），是被保护的电路出现了故障，变频器做出的反应。变频器保护不到的电路出现故故障，变频器做出的反应。变频器保护不到的电路出现故障，变频器一般停机不跳闸，障，变频器一般停机不跳闸，重新工作不需复位重新工作不需复位。2）一般变频器被保护的电路有：）一般变频器被保护的电路有：直流母线（电压异常）；输出电流（包括直流母线电流和直流母线（电压异常）；输出电流（包括直流母线电流和三相输出电流）；模块的温度；风扇的转速等。上述几项三相输出电流）；模块的温度；风扇的转速等。上述几项是所有的变频器都有的保护设置，个别变频器根据自己的是所有的变频器都有的保护设置，个别变频器根据自己的设计理念，还会增加一些其他的保护。总之，设计理念，还会增加一些其他的保护。总之，保护跳闸，保护跳闸，可根据故障提示进行处理。可根据故障提示进行处理。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修3）非保护故障停机。变频器）非保护故障停机。变频器不报警，不跳闸，故障停机，不报警，不跳闸，故障停机，属于变频器控制电路出现了故障。属于变频器控制电路出现了故障。控制电路分为模拟控制端子和数字控制端子，一是这控制电路分为模拟控制端子和数字控制端子，一是这些端子的控制信号出现了问题；二是受到了电磁干扰；三些端子的控制信号出现了问题；二是受到了电磁干扰；三是应用的端子内部电路损坏。一般用测量结合分析的方法是应用的端子内部电路损坏。一般用测量结合分析的方法进行检查排除。进行检查排除。第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修西门子变频器端子接线图西门子变频器端子接线图第二章：控制电路的测量维修第二章：控制电路的测量维修