第4章 变频器硬件电路的维修.ppt

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1、变频器应用、维护与维修,一、本章基本内容：1.低压变频器主电路结构、工作原理包括：主电路内部结构、整流原理、逆变原理。2.控制电路功能原理包括：保护电路、控制电路、单片机等。二、解决的问题变频器在工作中，出现了问题能够做出准确的判断，降低停机造成的损失。,3.1主电路工作原理3.1.1主电路结构1.标准变频器主电路,3.1.2整流滤波电路1.整流VD1VD6整流二极管，完成将交流电整成直流电的工作。整流原理：,2.三相整流波形三个正弦波形整流为一个直流电，必然有2/3的区间重合。在重合区没有相电流，只有1/3非重合区有电流。并且电流总是从电压最高的相流出，从电压最低的相流进。,线电压380V电

2、压等级的变频器，整流后直流电压平均值为515V，最大值为每个周期有6个小波峰，还需要滤波加以滤除。,3.滤波1）滤波电容C1、C2；均压电阻：R1、R2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。变频器空载时电压可达540V。,4.充电限流电阻：RL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SL闭合，电路进入正常工作状态。,3.1.3制动电路图中RB电阻和VTB是制动选件（外购），当电动机产生回馈电能，使UPN电压达到700V以上，VTB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，将机械能

3、转换成的电能通过RB电阻消耗，电动机得到制动力矩而停止。,3.1.4逆变电路VT1VT6六只IGBT开关管相当于6只开关，闭合导通，打开截止。开关规律：每个半桥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，两管绝对不能同时导通，同时导通会造成管子损坏。,1.逆变电路器件作用1）6个IGBT开关管相当于6只开关，按照PWM波的导通要求，开通或关闭。2）6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IGBT产生反向电压，当产生反向电压时由续流二极管续流。,2.逆变电路的输出电压波形逆变电路是将直流母线上的平滑直流电逆

4、变为正弦交流电，这遇到电压幅度的处理问题。,PWM脉宽调制原理,3.逆变电路输出波形,双极性调制,单极性调制,注意：因为变频器输出的是PWM脉宽调制波，会产生大量的高次谐波，以辐射的形式干扰其他电器和自身。,三相脉宽调制波,3.解决辐射干扰的方法（1）电源线、信号线采用屏蔽电缆，防止辐射干扰；（2）输入端连接交流电抗器，防止整流传导干扰；（3）接入滤波器防止辐射和零序干扰。,3.2主电路出现故障的维修方法3.2.1整流电路1.维修原因：变频器出现了输入缺相、欠电压报警跳闸，变频器不能正常工作。2.故障原因：外电压欠压、缺相；整流管缺相、电容滤波不良、限流电阻RL损坏、继电器SL接触不良（损坏）

5、等。,3.维修方法：首先进行R、S、T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。4.测量顺序：先测量RST三相电压（测接线桩），如正常（三相都为380V，不缺相、不欠压，要在变频器工作中测量，因为外线存在电压降），再测量直流母线电压（测接线桩），分负载测量和空载测量。,5.问题初步判断：1）如直流母线电压空载在500540V，负载时在500V左右，整流滤波电路都没问题，问题出在检测电路（误报）。2）如空载正常，负载时电压明显下降（低于450V），当频率上升到一定值，变频器又跳闸，整流二极管坏。3）如空载电压正常，负载电动机不转，电压下降到十几伏，接触器不吸合。4）直流母线无电

6、压，限流电阻断。结论：如果三相电压正常（360V以上、不缺相）问题就在变频器内部了。,3.2.2具体损坏器件的外线测量当我们在测量外电路的电压过程中，如果认为变频器的内部有的器件损坏，可利用测量外线电阻的方法进行确认，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。1.测量表具：指针万用表的100或10挡，数字万用表的测晶体管挡。2.用指针万用表测量（1）确定整流管的好坏,注意：指针万用表电阻挡的红表笔接内部电池的“”极；黑表笔接内部电池的“”极，在测量有极性器件时要注意。,黑表笔接R、S、T，红表笔接P，

7、测量上桥臂。表针摆动到刻度的3/5，正常，不摆动，断路；摆动到0，管子短路（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VD1VD3哪个管子损坏。,红表笔接R、S、T，黑表笔接N，测量下桥臂。表针摆动到刻度的3/5，正常，不摆动，断路；摆动到0，管子短路（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VD4VD6哪个管子损坏。,（2）测量限流电阻的好坏当限流电阻RL开路,直流母线没有电压，变频器通电不启动。在测量上桥臂或下桥臂整流二极管时都不通，RL开路。,3.2.3变频器欠压、缺相案例分析案例1：一台三肯160kW变频器，在工作中，偶尔报欠压停机。案例现象：该变频器为

8、恒压供水系统，在一年前就有时报欠压跳闸，复位后能正常工作。最近一段时间，跳闸比较频繁，每个星期就跳几次，影响到正常工作。案例检查：首先测量三相交流电压，均为385V，正常；再测量直流母线上电压，为510V，正常。该厂共有两台同型号的三肯160kW变频器，将两台变频器启动，输出频率调整为40Hz，再测量两台变频器的直流母线电压，均为505V。,故障判断：由于两台变频器型号相同、功率相同、外加电压和母线电压相同，均都在正常范围，一台变频器工作始终正常，而另一台变频器近期频繁的报欠压故障，判断为变频器的内部检测电路出了问题，发出误报信号。结论：变频器必须做解体维修。案例2变频器起动后跳“LU”案例现

9、象：一台富士FRN11G11S变频器在频率上升到15Hz以上时，“LU”欠电压保护动作。案例检查：测量三相电压正常，排除电源故障。测量直流母线空载正常，负载时随着频率的上升逐渐下降。当频率上升到15Hz以上时，直流母线电压下降到400V以下，变频器跳闸，怀疑整流二极管损坏。,缺相分析：当输入缺相时，一个周期内只有2个电压波头，且整流电压最低值为零。此时电压的平均值为342V，比正常情况低了170V。但当空载时，因为有滤波电容，仍可使直流母线上电压达到500V以上。当频器一带载，电压随负载的增加迅速下降，当频率上升到十几Hz，电压下降到400V以下。结论：用电阻挡测量整流二极管，一相上下桥臂开路

10、。,3.2.4逆变电路的维修1.维修原因：变频器输出出现了缺相、过流、过载跳闸；电动机声音异常不能起动，变频器不能正常工作等。2.故障原因：负载或电动机有问题，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。,3.故障初步确认：首先进行U、V、W电压测量，根据测量数据，进行正确判断。变频器输出三相电压平衡，变频器没问题。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。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。当开关管损坏造成的输出电压不平衡时，不平衡相电压变为正常相电压的1/2左右。,4.3控制电

11、路分析4.3.1保护电路任何品牌的变频器，其内部功能框图基本上是一样的，因为变频器要保证正常工作，必须要有相应的功能。保护电路是控制电路中很重要的一部分。,1.过压/欠压保护电路（1）电路功能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，启动接触器闭合，短路限流电阻。当电压达到了过压值，先开启制动电阻，如没有制动电阻，报警；电压再升高，跳闸。电压低于了设定值，报欠压，再低，跳闸。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。,（2）取样电路取样电路：将直流母线515V通过分压电阻，取出检测电压，由运算放大器放大。,（3）电压报警的判断因为电压报警是报的直流母线，所以最直接的

12、方法就是测量直流母线的电压。直流母线电压低：相线电压低或变频器整流电路故障；直流母线电压高：相线电压高或电动机产生回馈电能。直流母线电压正常：误报，检测电路问题，需要修理。,2.过流保护电路是保护逆变桥过流、过载等的保护电路。它由检测、放大、模/数转换等电路组成。电路的功能为：限流；过流报警、跳闸；过载报警、跳闸。接地报警。该电路出了故障，一是误报；二是失去保护功能，造成逆变桥的损坏只要和输出电流的变化相关的报警，就是该电路检测的结果。,（1）取样电路分流电阻取霍尔器件取样,（2）信号处理,（2）故障维修变频器出现过流、过载、接地等报警，按报警内容进行排除。当变频器工作状态正常，变频器发出保护

13、报警，或过载过流时变频器不保护，则为保护电路出现了故障。重点检查霍尔器件和放大电路。,3.过热保护变频器的过热检测器是检测的变频器的开关模块温度，装在散热器上，当温度达到设定值，变频器报过热。报警判断：工作15分钟以上报警为正常报警，通电就报警为检测电路坏，出现误报。,测量电路：,报警判断：工作15分钟以上报警为正常报警，通电就报警为检测电路坏，出现误报。,开关型热敏电阻型,4.3.2控制端子1.模拟输入端子模拟输入端子通过I-U转换电路和CPU交换数据。该电路是模拟输入电压、电流端子，主要用于变频器调速。该电路出现问题，会造成变频器停机。该端子故障，一般不报警。,（1）端子好坏的测量方法测电

14、压两表笔并联在电路两端，测电流两表笔串联在电路两端。也可以将电阻挡并联在端子两端测电阻，测出值和好的端子比较高或低，则端子内部损坏。,（2）应用案例故障案例：某变频器，用420mA电流控制变频器的输出频率。发现只要给出控制电流，变频器的输出频率就达到极限值，可控制电流只有8mA。故障检查：测量控制电流只有8mA，改变该电流的大小，变频器的输出频率仍然在极限值。测量该变频器的端子输入直流电阻，和同类型好的变频器进行比较，明显变小，判断为变频器端子内部有问题。返厂维修，恢复正常。,2.数字输入端子（1）电路功能变频器有一系列的数字入端子，这些端子和CPU通过隔离电路交换数据。每个端子对应一个独立的

15、光电耦合器，哪一只光电耦合器出了问题，那一路输入端子不能正常工作。说明：因为数字端子不设保护，产生的故障一般不报警。,（2）测量维修测量原因：某端子原来工作正常，现在闭合无效。测量方法：用电压表的50V挡测量该端子到地的直流电压。用直流50mA电流挡测量该端子到地的直流电流。断电测量该端子到地的直流电阻。,故障判断：如果测出的故障端子电流、电压和电阻和好的端子不一样，则故障端子损坏（比较法）。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。安全注意事项：停机测量；表的档位不要打错；测电阻时变频器断电。,（3）应用案例本厂投料系统变频器在远程控制下，频率突然降为

16、5Hz，检查变频器设置参数和电动机运行情况，均无问题。重新启动变频器，频率无法上升。最后检查“本地/远程”转换开关，发现远程信号不通，更换开关后，“本地/远程”都可自动控制，频率升降正常。结论：本地/远程控制就是用操作面板控制还是用外端子控制。切换到远程控制的开关不通，则远程控制的调速信号给不上，所以变频器输出频率无法上升。收获：变频器控制失灵，重点检查调速端子和调速端子相关的电路。,4.3.3驱动电路该电路是将CPU输出的PWM信号进行放大，驱动IGBT开关工作。该电路和主电路紧密相连，是很重要，又容易出故障的一部分电路,1.驱动电路隔离放大、驱动放大电路、驱动电路电源光耦隔离电路图中IC为

17、PWM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PWM发生电路。VT1为第一级放大；VT2、VT3为跟随器，提高输出能力。图中稳压管W使电源电压稳定在5V。,2.实际电路,结论：驱动电路是变频器非常重要的一部分，6路中有一路损坏，变频器就不能正常工作。一路驱动电路不工作，可造成变频器输出电压不平衡，电动机工作噪声大，电动机不能起机。一路损坏后输出高电平，造成同一桥臂直通，上下两只开关管同时损坏。,3.3.4DC/DC电源这是变频器除了主电路之外所有电路的供电电源。它出了故障，整个变频器停止工作。因为该电源的输出端是分组输出，哪一组出了问题，影响那一组所对应的电路。,1.故障分析

18、稳压电源的故障分为整体损坏和局部损坏。整体损坏为电源的高压部分损坏，整个电源没有输出，变频器的表现为黑屏，所有功能都没有。局部损坏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、滤波电容失去容量、短路等。某路电源出现故障，会使该路供电电源的输出电压不稳定，造成变频器报警不统一、变频器时好时坏一些古怪现象。测量与维修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内部，必须解体才能测量。,2.应用案例一台M440-22KW变频器，上电显示正常，一给运行信号就出现“P-”或“-”（硬件电源故障），经过仔细观察，发现风扇的转速有些

19、不正常。在维修的过程中有时报警较乱，还出现过F0021（接地）/F0001（过流）/A0501（电流限幅）等。在先给了运行信号然后再把风扇接上去就不出现“P-”，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有问题，滤波电容漏电造成电压不稳，换上一个同样的电容，问题就解决了。结论：因为风机和电流保护电路应用的是同一组电源，这一组电源出现了问题，出现乱报警现象。,4.3.5单片机单片机是将计算机的运算、储存、端口等集成在一块芯片中，一个集成电路就相当于一台小型计算机。是整个变频器的核心器件，如同人的大脑，输出各种控制信号和处理输入、检测等信号。自检不过自身故障,谢谢大家，多提宝贵意见！多交流！,