变频器硬件电路的维修.pptx

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1、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3

2、80V电压等级的变频器，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

3、回馈电流流过制动电阻，将机械能转换成的电能通过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

4、电压波形 逆变电路是将直流母线上的平滑直流电逆变为正弦交流电， 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、

5、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）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

6、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

7、,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， 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

8、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

9、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

10、，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。,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

11、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。

12、 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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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。

18、,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。,3.3.4 DC/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 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

19、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

20、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！,