變頻器內(nèi)部電壓檢測(cè)原理

1、變頻器內(nèi)部電壓檢測(cè)原理變頻器有電壓保護(hù)-失壓或者過(guò)壓保護(hù),選一款你熟悉的變頻器,詳細(xì)介紹變頻器內(nèi)部電壓檢測(cè)的分類及處理電路分析,并舉例說(shuō)明故障處理經(jīng)過(guò)。電壓檢測(cè)電路,是變頻器故障檢測(cè)電路中的一個(gè)重要組成部分,旨在保障使IGBT逆變電路的工作電源電壓在一特定安全范圍以內(nèi),若工作電源危及IGBT (包含電源本身的儲(chǔ)通電容器件的安全時(shí),實(shí)施故障報(bào)警、使制動(dòng)電路投入工作、停機(jī)保護(hù)等措施。此外,少數(shù)機(jī)型還有對(duì)輸出電壓的檢測(cè),在一定程度上,起到對(duì)IGBT導(dǎo)通管壓降檢測(cè)的同樣作用,取代驅(qū)動(dòng)電路中IGBT的管壓降檢測(cè)電路。本文總結(jié)了工控論壇各網(wǎng)友精彩觀點(diǎn),希望您可以從中分享經(jīng)驗(yàn)!首先,變頻器內(nèi)部的電壓檢測(cè)分為

2、兩種,直流檢測(cè)和交流檢測(cè)。1、直流檢測(cè)的方式又有兩種,一種是直接從母線上面分壓,經(jīng)過(guò)光耦,然后送入MCU的AD采樣,然后就得到了母線電壓的值;另外一種是從開關(guān)電源(開關(guān)電源從母線上取直流電的變壓器的正激繞組得到一個(gè)低壓,然后也是經(jīng)過(guò)AD采樣后換算成直流母線電壓值;如果母線上面的電壓過(guò)高或者過(guò)低,就會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓或者欠壓保護(hù),如果帶制動(dòng)模塊的變頻器,變頻器就是啟動(dòng)直流制動(dòng),把多余的能量消耗在制動(dòng)電阻上面;2、交流電壓的檢測(cè)主要是為了做一個(gè)硬件的保護(hù),準(zhǔn)確地來(lái)說(shuō)應(yīng)該是變頻器的輸出電流值的檢測(cè),因?yàn)樽冾l器的輸出電壓值是一個(gè)給定值,不需要檢測(cè)。也有兩種方式,一種是用分流器(阻值很小,過(guò)大電流,一般用在小功

3、率變頻器上面直接串在變頻器的輸出線上,把電流轉(zhuǎn)換成電壓;另一種方式使用電流傳感器的方式,一般用在大功率機(jī)器上面;不管是哪種方式,最后都會(huì)得到變頻器的輸出電流(已經(jīng)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓值了,接下來(lái)就是保護(hù)電路了;3、電流保護(hù)總的來(lái)說(shuō)就是過(guò)流保護(hù),比如缺相保護(hù),三相不平衡保護(hù),短路保護(hù)等等,基本原理都是把三相輸出電流(已經(jīng)轉(zhuǎn)換成電壓經(jīng)過(guò)整流成脈動(dòng)直流電壓,再通過(guò)一系列的運(yùn)放,比較器,穩(wěn)壓管等基本期間,輸出一個(gè)控制端,直接控制變頻器的模塊,如果出現(xiàn)上面所說(shuō)的缺相或者短路等故障時(shí),直接封鎖模塊的輸出,保護(hù)變頻器的模塊。當(dāng)然,也有用專用的模塊驅(qū)動(dòng)芯片,芯片本身就帶過(guò)流保護(hù)的功能,用這種專用芯片的話,就省了很

4、多事了,也是同樣的效果。至于原理圖,我就不傳了,家里電腦上實(shí)在沒(méi)有原理圖,網(wǎng)上有很多原理,大家也都能找到,歡迎大家指正,并討論。我所見(jiàn)過(guò)的幾家變頻器,伺服驅(qū)動(dòng)器在母線電壓的處理上都大同小異(總原理一樣,細(xì)節(jié)處理不同; 都是通過(guò)大阻值電阻分壓PN母線電壓,然后經(jīng)差分運(yùn)放電路,一部分到硬件比較電路去(超過(guò)或者低于硬件設(shè)定的電壓范圍,產(chǎn)生的比較信號(hào)過(guò)壓或者欠壓告知CPU,這部分有的只有過(guò)壓報(bào)警的電路,欠壓得部分就有計(jì)算值與設(shè)定軟數(shù)值比較,有的過(guò)壓,欠壓電路都有,也有電路有,而實(shí)際報(bào)警值卻是計(jì)算值與一個(gè)范圍值比較出來(lái)的;另外的輸入到CPU或者DSP去,用于計(jì)算顯示當(dāng)前母線電壓(制動(dòng)動(dòng)作的部分一般由這邊

5、來(lái)完成,設(shè)定制動(dòng)電壓,當(dāng)計(jì)算采樣電壓高于設(shè)定值,制動(dòng)動(dòng)作,電容電壓釋放;上次見(jiàn)到有家的變頻器不止過(guò)壓,欠壓還有斷電報(bào)警,后面想想,偵測(cè)整流子前面的電壓,可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能,不過(guò)電路成本又增加了點(diǎn)!三相輸入電源電壓檢測(cè)電路將R、S、T端輸入的電源電壓先經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)降壓/限流,再經(jīng)橋式整流電路變?yōu)榱^300Hz脈動(dòng)直流,送入光耦合器輸入側(cè),3相電源正常時(shí),光耦輸出側(cè)為六波頭300Hz的脈沖直流信號(hào),或認(rèn)為J2端子的35腳一直為低電平;電源任缺一相時(shí),光耦輸出側(cè)為四波頭200Hz的電壓信號(hào),或認(rèn)為J2的35端子有出現(xiàn)高電平的時(shí)刻,經(jīng)后級(jí)電路處理送入MCU,MCU判斷缺相故障,報(bào)警并停機(jī)保護(hù)。光耦合器U

6、15的輸入側(cè)串入穩(wěn)壓管Z19,使U15輸出信號(hào)的動(dòng)作“干脆利落”,對(duì)三相電源電壓的不平衡也有檢測(cè)作用。檢測(cè)電路將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為映波頭數(shù)目的“數(shù)字信號(hào)形式”,利于MCU的檢測(cè)和判斷。 3相輸出電壓/頻率檢測(cè)電路3相輸出電壓檢測(cè)電路,在少數(shù)變頻器產(chǎn)品中有采用。其主要作用,是檢測(cè)逆變電路的輸出狀態(tài),由此起到對(duì)IGBT的保護(hù)作用,如同驅(qū)動(dòng)電路的IGBT管壓降檢測(cè)與保護(hù)電路一樣。有些變頻器,驅(qū)動(dòng)電路沒(méi)有IGBT管壓降檢測(cè)保護(hù)電路,對(duì)IGBT的保護(hù),一定程度上依賴于三相輸出電壓檢測(cè)電路三相輸出電壓信號(hào)經(jīng)電路轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲱l率信號(hào),再輸入MCU,起到對(duì)逆變電路的6只IGBT是否正常工作的判斷。 變頻器的故障

7、分析與變頻器保護(hù)電路變頻器的故障檢測(cè)與保護(hù)電路雖有時(shí)候令人頭疼,但卻是最令人產(chǎn)生檢修興趣的電路之一。變頻器故障檢測(cè)電路,往往是變頻器廠家在軟、硬件電路設(shè)計(jì)上的濃筆重彩之處。變頻器電路中林林總總的各種故障檢修電路,只有一個(gè)指向和目的在變頻器面臨異常工作狀態(tài)時(shí),采取停機(jī)或其它保護(hù)措施,盡最大可能保護(hù)IGBT模塊的安全。究竟有哪些因素會(huì)影響乃至危及IGBT模塊的安全呢?1、電流因素:(1、過(guò)流,在輕、中度過(guò)流狀態(tài),為反時(shí)限保護(hù)區(qū)域;(2、嚴(yán)重過(guò)流或短路狀態(tài),無(wú)延時(shí)速斷保護(hù);2、電壓因素:(1、IGBT模塊的供電電壓過(guò)高時(shí),將超出其安全工作范圍,導(dǎo)致其擊穿損壞;(2、供電電壓過(guò)低時(shí),使負(fù)載能力不足,運(yùn)

8、行電流加大,運(yùn)行電機(jī)易產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象,危及IGBT模塊的安全;(3、供電電壓波動(dòng),如直流回路濾波(儲(chǔ)能電容的失容等,會(huì)引起浪涌電流及尖峰電壓的產(chǎn)生,對(duì)IGBT模塊的安全運(yùn)行產(chǎn)生威脅;(4、IGBT的控制電壓驅(qū)動(dòng)電壓低落時(shí),會(huì)導(dǎo)致IGBT的欠激勵(lì),導(dǎo)通內(nèi)阻變大,功耗與溫度上升,易于損壞IGBT模塊。3、溫度因素:(1、輕度溫升,采到強(qiáng)制風(fēng)冷等手段;(2、溫度上升到一定幅值時(shí),停機(jī)保護(hù);4、其它因素:(1、驅(qū)動(dòng)電路的異常,如負(fù)截止負(fù)壓控制回路的中斷等,會(huì)使IGBT受誤觸通而損壞;(2、控制電路、檢測(cè)電路本身異常,如檢測(cè)電路的基準(zhǔn)電壓飄移,導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作起控點(diǎn)變化,起不到應(yīng)有的保護(hù)作用。相對(duì)于以上影響或

9、危及IGBT模塊的因素,則衍生了下述種類的保護(hù)電路。1、電壓檢測(cè)電路:(1、直流回路電壓檢測(cè)電路,用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)直接對(duì)直流530V電壓采樣,或從開關(guān)電源次級(jí)整流電路間接對(duì)直流530V進(jìn)行采樣,由后續(xù)電路處理成模擬信號(hào)和數(shù)字開關(guān)量信號(hào)。其中模擬量信號(hào)用于直流回路的電壓顯示,輸出控制等,而開關(guān)量信號(hào)用于故障報(bào)警、停機(jī)保護(hù)等;(2、有的機(jī)型對(duì)三相交流輸入電壓進(jìn)行檢測(cè),借以判斷IGBT的供電狀態(tài),異常時(shí)停機(jī)保護(hù);(3、對(duì)驅(qū)動(dòng)供電電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè),常由驅(qū)動(dòng)IC的內(nèi)部保護(hù)電路執(zhí)行此任務(wù),預(yù)防IGBT出現(xiàn)欠激勵(lì)現(xiàn)象;(4、對(duì)充電接觸器的觸點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),實(shí)際為直流回路電壓的輔助檢測(cè)。2、電流檢測(cè)電路:(1、IG

10、BT保護(hù)電路,檢測(cè)IGBT在導(dǎo)通期間的管壓降,判斷IGBT是否處于過(guò)流、短路狀態(tài),實(shí)施軟關(guān)斷與停機(jī)保護(hù)措施;(2、對(duì)三相輸出電流進(jìn)行采樣,據(jù)過(guò)流程度不同,采取不同的保護(hù)手段,如降低運(yùn)行頻率、延時(shí)停機(jī)保護(hù)等。(3在逆變模塊供電回路串接快熔保險(xiǎn)管,實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變模塊的短路保護(hù),對(duì)快熔管狀態(tài)的檢測(cè);(4、個(gè)別機(jī)型還對(duì)直流母線的電流進(jìn)行采樣,異常時(shí)采取保護(hù)動(dòng)作;(5、個(gè)別機(jī)型對(duì)輸出電壓/頻率進(jìn)行采樣,實(shí)施對(duì)IGBT的保護(hù)。3、溫度檢測(cè)電路:(1、用溫度傳感器檢測(cè)IGBT模塊的溫度;(2、用溫度傳感器檢測(cè)IGBT模塊的溫度,同時(shí)檢測(cè)散熱風(fēng)扇的工作狀態(tài)。除了對(duì)IGBT的相關(guān)保護(hù)外,對(duì)其它元器件不需要保護(hù)嗎?有

11、無(wú)相關(guān)的故障檢測(cè)電路呢?對(duì)整流模塊的保護(hù),有的機(jī)型提供了用溫度傳感器形式的超溫保護(hù)。有的沒(méi)有。有的機(jī)型在供電方面,提供了對(duì)CPU電路、控制電路的檢測(cè)和保護(hù),如檢測(cè)負(fù)載電壓的高低,在供電異常時(shí),實(shí)施停機(jī)保護(hù),并報(bào)出故障代碼;CPU本身(配合軟件也有一個(gè)供電檢測(cè),超出一定范圍后,報(bào)出相關(guān)故障。故障檢測(cè)電路的故障表現(xiàn)為兩個(gè)方面:1、保護(hù)功能失效,相關(guān)電路故障或變頻器工作狀態(tài)異常時(shí),不能起到正常的保護(hù)作用;2、電路本身故障,在所保護(hù)電路(元件為正常狀態(tài)時(shí),誤報(bào)電路(元件故障,變頻器不能投入正常工作。這就如同“謊報(bào)軍情”一樣,會(huì)誤導(dǎo)我們的故障判斷呀。 故障信號(hào)的存在，會(huì)使 CPU 封鎖六路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的

12、輸出，使我們無(wú)法檢測(cè) 驅(qū)動(dòng)電路和逆變模塊的正常。 故障信號(hào)的存在，還可能使 CPU 做出非常“另類” 的 舉動(dòng)來(lái)。如 OC 故障信號(hào)的存在，使操作面板的所有操作均被拒絕，好像進(jìn)入 了程序死循環(huán)一樣，會(huì)使人誤認(rèn)為 CPU 故障，而忽視了對(duì)驅(qū)動(dòng)電路及逆變輸出電 路的 檢查。而實(shí)質(zhì)上是 CPU 采取的一個(gè)防范措施防止因操作造成進(jìn)一步嚴(yán) 重故障的發(fā)生！ 還有一種情況：故障檢測(cè)電路本身并無(wú)故障，但在檢 修過(guò)程中，我們常將 CPU 主板、電源/驅(qū)動(dòng)板與主電路脫開，單獨(dú)上電檢修，因形不成故障檢測(cè)電路 的檢測(cè)條件，常使故障檢測(cè)電路報(bào)出相關(guān)故障，CPU 封鎖六 路脈沖信號(hào)的輸出， 給檢修帶來(lái)很大的不便。檢修線路

13、板故障之前，經(jīng)常要做的第一項(xiàng)工作，即是采 取相應(yīng)手段， 人為提供相關(guān)故障檢測(cè)電路的“正常檢測(cè)條件”，令 CPU 判斷“整 機(jī)工作狀態(tài)正常”，可以根據(jù)起、停操作，輸出正常的六路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，以利 于檢修工作的開展。 故障檢測(cè)與保護(hù)電路，本身 的故障率是較低的，但在檢修過(guò)程中，即使故 障檢測(cè)與保護(hù)電路狀態(tài)是完好的，我們?nèi)孕枰獙?duì)大部分檢測(cè)電路動(dòng)一下“手 腳”，屏蔽其檢測(cè)與報(bào)警功能。因而要在電 路原理上吃透，知道在什么地方動(dòng) 手腳才能有效，才能讓故障檢測(cè)與保護(hù)電路聽(tīng)話，根據(jù)維修需要，作出相應(yīng)的動(dòng) 作。摸對(duì)了故障檢測(cè)電路的“脾性”，故障檢測(cè)與 保護(hù)電路，確實(shí)能“聽(tīng)”維 修人員的話。 在逆變回路的供電直流

14、母線回路中串接熔斷器， 是最為直接的保護(hù)方式 之一。只要運(yùn)行電流一旦超 過(guò)某一保護(hù)閥值，保險(xiǎn)管熔斷，即保護(hù)了 IGBT 的安 全。但保險(xiǎn)管的熔斷值往往要留有一定的余地，負(fù)載電路出現(xiàn)的正常情況下的隨 機(jī)性過(guò)載，靠快熔保險(xiǎn)管來(lái)完 成這種保護(hù)任務(wù)，顯然是不現(xiàn)實(shí)的?？烊郾ｋU(xiǎn)管 所起到的作用，是在嚴(yán)重過(guò)流故障狀態(tài)下熔斷，從而中斷對(duì)逆變電路的供電， 避 免了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。 由電流互感器檢測(cè)三相輸出電流信號(hào)，由運(yùn)算電路（和數(shù)字電路）處理成模 擬和開關(guān)量信號(hào)，再輸入到 CPU，進(jìn)行運(yùn)行電流顯示，和根據(jù)過(guò)載等級(jí)不同，進(jìn) 行相 關(guān)如降低運(yùn)行頻率、報(bào)警延時(shí)停機(jī)、直接停機(jī)保護(hù)等不同的控制。在危及 IGBT 安全的異常過(guò)載情況下，因傳輸電路的 R、C 延時(shí)效應(yīng)，再加上軟件程序運(yùn) 行時(shí) 間，CPU 很難在s 級(jí)時(shí)間內(nèi)作出快速反應(yīng)，