變頻器檢測電路(共7頁)

1、變頻器電壓檢測電路(dinl)工作原理及故障實例分析一、電路(dinl)構(gòu)成和原理簡析電壓檢測(jin c)電路，是 HYPERLINK /dianqi/bpq/ t _blank 變頻器故障檢測電路中的一個重要組成部分，旨在保障使IGBT逆變電路的工作 HYPERLINK /diangongdianzi/dianyuan/ t _blank 電源電壓在一特定安全范圍以內(nèi)，若工作電源危及IGBT（包含電源本身的儲通電容）器件的安全時，實施故障報警、使制動電路投入工作、停機(jī)保護(hù)等措施。此外，少數(shù)機(jī)型還有對輸出電壓的檢測，在一定程度上，起到對IGBT導(dǎo)通管壓降檢測的同樣作用，取代驅(qū)動電路中IGBT

2、的管壓降檢測電路。1、電壓檢測電路的構(gòu)成、電壓采樣方式及故障表現(xiàn)圖1 電路檢測電路的構(gòu)成（信號流程）框圖1、電壓檢測電路的電壓采樣形式（前級電路）1）直接對DC530V電壓采樣圖2 DC530V電壓檢測電路之一直接對P、N端DC530V整流后電源電壓進(jìn)行進(jìn)行采樣，形成電壓檢測信號。如阿爾法ALPHA2000型18.5kW變頻器的電壓檢測電路，如圖2所示。電路中U14線性光耦合器的輸入側(cè)供電，由開關(guān) HYPERLINK /diangongdianzi/bianyaqi/ t _blank 變壓器的獨立繞組提供的交流電壓，經(jīng)整流濾波、由78L05穩(wěn)壓處理得到5V電源所提供，電源地端與主電路N端同電

3、位。輸出側(cè)供電，則由主板+5V所提供。直流回路P、N端的DC530V電壓，直接經(jīng)電阻分壓，取得約120mV的分壓信號，輸入U14（線性光耦合器，其工作原理前文已述）進(jìn)行光、電隔離與線性放大后，在輸出端得到放大了的檢測電壓信號，再由LF353減法放大器進(jìn)一步放大，形成VPN直流電壓檢測信號，經(jīng)CNN1端子，送入MCU主板上的電壓檢測后級電路。2）由開關(guān)變壓器次級繞組取得采樣電路信號圖3 DC530V電壓檢測電路之二圖4 直流回路電壓采樣等效電路及波型示意圖主電路的DC550V直流電壓檢測信號，并不是從主電路的P、N端直接取得，而是“間接”從開關(guān)電源的二次繞組取出，這是曾經(jīng)令一些檢修人員感到困惑、

4、找不到電壓檢測信號是從何處取出的一件事情，也成為該部分電路檢修的一個障礙。電壓采樣電路如上圖4所示。在開關(guān)管VT截止期間，開關(guān)變壓器TRAN中儲存的磁能量，由次級電路進(jìn)行整流濾波得到+5V工作電源，釋放給負(fù)載電路；在VT飽和導(dǎo)通期間，TC2從電源吸取能量進(jìn)行儲存。N3二級繞組上產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓，正向脈沖出現(xiàn)的時刻對應(yīng)開關(guān)管的截止時間，寬度較大，幅值較低，經(jīng) HYPERLINK /diangongdianzi/diangongjichu/126413. t _blank 二極管D12正向整流后提供負(fù)載電路的供電，有電流釋放回路；反向脈沖出現(xiàn)的時刻對應(yīng)開關(guān)管的飽和導(dǎo)通時間，寬度極窄，但并不提供電

5、流輸出，回路的時間常數(shù)較大（不是作為供電電源應(yīng)用，只是由R、C電路取得電壓檢測信號），故能在電容C17上維持較高的幅值。開關(guān)管VT飽合導(dǎo)通時，相當(dāng)于將N1繞組直接接入530V電源，因而在同一時刻N3繞組此時所感應(yīng)的負(fù)向脈沖電壓，是直接反映N1繞組供電電壓高低的，并與其成線性比例關(guān)系N3繞組感應(yīng)電壓的高低，僅僅取決于N1、N3繞組的匝數(shù)比。整流二極管D12和D11接于同一個次級繞組上，D12將“大面積低幅度”的正向脈沖整流作為+5V供電，而D11卻將“小面積而幅度高”的負(fù)向脈沖做負(fù)向整流后，經(jīng)R20、R18、R19、C19、C17等元件簡單濾波處理后，將此能反映一次主繞級供電高低的-42V電壓信

6、號，作為直流回電壓的檢測信號，送入MCU主板電路，供顯示直流電壓值和參與CPU程序控制之用。 直流電壓檢測電路與其它輸出電源電壓電路的顯著不同，1）在于該電路整流電壓的輸出端無大容量濾波（電解）電容；2）輸出電壓回路中串接有數(shù)千歐姆或數(shù)十千歐姆的大阻值電阻。顯然該路輸出電壓不能用作供電電源。3）同一繞組所整流得出的供電電源電壓值，要數(shù)倍低于檢測電壓值。這是判斷該電路為直流電壓檢測信號輸出電路的3種依據(jù)。3）通過對充電 HYPERLINK /diangongdianzi/diyadianqi/129618.htm t _blank 接觸器輔助觸點的狀態(tài)檢測，間接作出對直流回路是否正常的邏輯判斷上

7、篇博文，在海利普HLP-P型15kW變頻器電壓檢測電路原理及檢修一文中，已作出詳細(xì)的分析，當(dāng)充電接觸器未正常作出吸合動作，表現(xiàn)為輔助常開閉點沒有在電容充電結(jié)束后，接觸良好，檢測信號輸入MCU引腳后，MCU經(jīng)邏輯分析，判斷充電接觸器的未正常動作，因而直流回路的供電電壓“肯定”也是不正常的，因而有時檢測充電接觸器的輔助常開觸點未閉合時，也會報出“直流回路欠電壓”故障。3）三相輸入電源電壓的檢測電路部分機(jī)型有了DC530V的電壓檢測，就省略了對3相輸入電壓的斷相檢測（DC530V的高低一定程度上也反映了三相電壓電源電壓的輸入狀況），有些機(jī)型的電壓檢測電路，則“面面俱到”，檢測電路比較完善。圖5 三相

8、輸入電源電壓檢測電路三相輸入電源電壓檢測電路，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脈動直流，送入光耦合器輸入側(cè)，3相電源正常時，光耦輸出側(cè)為六波頭300Hz的脈沖直流信號，或認(rèn)為J2端子的35腳一直為低電平；電源任缺一相時，光耦輸出側(cè)為四波頭200Hz的電壓信號，或認(rèn)為J2的35端子有出現(xiàn)高電平的時刻，經(jīng)后級電路處理送入MCU，MCU判斷缺相故障，報警并停機(jī)保護(hù)。光耦合器U15的輸入側(cè)串入穩(wěn)壓管Z19，使U15輸出信號的動作“干脆利落”，對三相電源電壓的不平衡也有檢測作用。檢測電路將輸入模擬信號轉(zhuǎn)化為映波頭數(shù)目的“數(shù)字信號形式”，利于MCU的

9、檢測和判斷。4）3相輸出電壓/頻率檢測電路3相輸出電壓檢測電路，在少數(shù)變頻器產(chǎn)品中有采用。其主要作用，是檢測逆變電路的輸出狀態(tài)，由此起到對IGBT的保護(hù)作用，如同驅(qū)動電路的IGBT管壓降檢測與保護(hù)電路一樣。有些變頻器，驅(qū)動電路沒有IGBT管壓降檢測保護(hù)電路，對IGBT的保護(hù)，一定程度上依賴于三相輸出電壓檢測電路三相輸出電壓信號經(jīng)電路轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲱l率信號，再輸入MCU，起到對逆變電路的6只IGBT是否正常工作的判斷。圖6 輸出電壓/頻率檢測電路這是一個典型儀用放大器的電路結(jié)構(gòu)，N1、N2、N3前三級電路構(gòu)成了雙端輸入、單端輸出的差動放大電路，第四級接成反相放大器，將信號放大到一定幅度后推動U7光電

10、耦合器。U、W輸出端電壓信號經(jīng)R31、R34降壓，D16、D17雙向限幅，C17濾掉了高頻載波信號，將信號還原為兩相電壓信號，加入N1、N2、N3組成的差動放大電路，再經(jīng)N4放大后推動U7輸出。N1、N2、N3電路又是V相電壓信號的合成電路，輸入的U、W兩相信號中，包含了V相電壓信號，經(jīng)N1、N2、N3電路的合成作用，實際上N3輸出的是表征著V相頻率與時間基準(zhǔn)的脈沖信號。耦合電容E13起到了隔直通交及對信號進(jìn)行零電平“置位”的作用，以適應(yīng)N4單電源供電電路的要求，N4則相當(dāng)于一個整形電路，將N3輸出信號整形為矩形脈沖信號輸出，以驅(qū)動光電耦合器U7。當(dāng)U7輸出的信號滿足要求時，說明U、V、W三相

11、輸出都是正常的。U7的輸出信號反映了三相電壓的輸出狀態(tài)，此信號輸入到CPU，與內(nèi)部時間基準(zhǔn)相比較，通對脈沖計數(shù)的時間比對，從面可判斷出是否存在輸出缺相（d.f.）故障。故障時可實施停機(jī)保護(hù)。（試分析）因輸入端D16、D17兩只二極管的嵌位作用，電路本身并不是用來對輸入信號進(jìn)行放大的，而是實現(xiàn)了對三相脈沖信號的合成作用。電路輸出的脈沖信號，并不是表征著輸出電壓幅度的模擬電壓信號，而是表征著輸出頻率的脈沖信號。電路是通過電壓信號檢測輸出頻率，相當(dāng)于完成了 “模/數(shù)”轉(zhuǎn)換的作用，將輸入模擬電壓信號，轉(zhuǎn)變化“脈沖信號”輸出。輸出信號用于對逆變輸出電路的檢測，當(dāng)逆變輸出電路中某一臂IGBT在故障狀態(tài)時，

12、報出缺相故障，并實施停機(jī)保護(hù)。2、電壓檢測電路的后級電路電壓檢測電路的后級電路對信號的處理方式，同電流檢測電路對信號的處理方式基本是相同的。1）由前級電路送來的電壓檢測信號，進(jìn)一步經(jīng)模擬放大，或電壓跟隨，輸入MCU相關(guān)引腳，供運行電壓顯示、過、欠壓時延時報警。2）以梯級電壓比較器電路，將輸入模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為兩個開關(guān)量報警信號，送入MCU相關(guān)引腳，用于啟動直流制動電路、過壓時保護(hù)停機(jī)。電路實例的分析見下文。3、電壓檢測電路的報警內(nèi)容和故障表現(xiàn)1）報警內(nèi)容LU：直流回路電壓（直流高壓側(cè)）過低；O U：直流回路電壓（直流高壓側(cè)）過高；HOU：瞬態(tài)過壓；SOU：穩(wěn)態(tài)過壓；SLU：穩(wěn)態(tài)欠壓；ILP：R

13、、S、T輸入有缺相；OLP：U、V、W輸出有缺相；主電路接觸器未正常動作，等等。2）若開關(guān)量信號硬件電路故障時，上電即報警，無法復(fù)位；模擬量信號誤報警，一般可以復(fù)位的。當(dāng)輸入電源（直流回路DC530V）異常、充電接觸器上電后未正常動作時，在上電、起動、停機(jī)過程中、運行中，均有可能報出1）中的各種故障內(nèi)容。下文結(jié)合實際電路，講解故障檢修方法。二、7.5kW變頻器電壓檢測與保護(hù)電路 該機(jī)型的電壓檢測電路共分三部分：輸入電源電壓檢測電路、輸出電壓檢測電路和直流電壓（有時稱高壓側(cè)，有時稱直流母線）檢測電路，對信號的作用、報警內(nèi)容和故障信號屏蔽方法各有不同。1、R、S、T輸入電源電壓檢測電路，電源原理在

14、上文（見圖5后文）已有說明，此處從略。圖7三相輸入電源電壓檢測電路屏蔽“ILP”故障(gzhng)的方法：變頻器在上電后，和運行中，若發(fā)生電源缺相故障，或三相(sn xin)輸入電源電壓檢測電路本身故障時，均會顯示“ILP”故障代碼，報缺相故障，處于停機(jī)保護(hù)狀態(tài)。在檢修過程中，若為變頻器引入單相AC380V維修電源，檢測電路上電即報缺相故障，整機(jī)控制電路電路停止工作，給下一步的上電檢修帶來不便。將光耦合器U15的3、4腳暫時用導(dǎo)線短路，或用焊錫短路，使U1的61腳變?yōu)?V低電平，人為形成一個“三相輸入電源電壓正?！钡男盘枺梢?ky)屏蔽“ILP”故障報警。2、U、V、W輸出電壓檢測電路圖8

15、三相輸出電壓檢測電路U、V、W輸出電壓檢測電路，采用一塊標(biāo)注為SINE2的單元電路板，將輸出電壓檢測信號由SINE2電路轉(zhuǎn)化為輸出頻率（開關(guān)量）信號，輸入U1的43腳。SINE2內(nèi)部電路構(gòu)成，請參閱上文圖6電路。電路工作狀態(tài)，是在變頻器運行狀態(tài)下，MCU是對輸入43腳的矩形脈沖波頭數(shù)進(jìn)行計數(shù)，判斷有無輸出缺相故障的，檢修過程中，不需屏蔽該信號。3、直流電壓檢測電路1）模擬信號處理電路直流電壓檢測電路的電壓采樣信號，取自開關(guān)變壓器的二次繞組，負(fù)向電壓經(jīng)整流濾波，得到+15V供電電源，與-15V電源一起，提供檢測電路中運算放大器的正、負(fù)供電電源；正向電壓（對應(yīng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時刻）經(jīng)D12整流，R1

16、1、R107、C60、C63等元件分壓和濾波后，得到直流電壓采樣信號，經(jīng)J2/J5排線端子的30腳進(jìn)入MCU主板（后級電壓檢測電路）的直流電壓檢測電路。圖9 直流電壓檢測電路送入MCU主板的電壓采樣信號，先經(jīng)由U17與外圍元件組成的電壓跟隨器電路進(jìn)行緩沖，U17的1腳輸出信號，一路經(jīng)R49限流、D9信號電壓鉗位電路、C27濾除高頻成分后，輸入MCU的模擬信號輸入端122腳，用于直流電壓值顯示，檢測信號幅度過低時，變頻器報SLU（意為穩(wěn)態(tài)欠壓）故障，實施停機(jī)保護(hù)；當(dāng)U17的1腳輸出的檢測信號電壓偏高時，MCU報出“瞬時過壓”故障信號，同時使主電路的直流制動電路開始工作，使直流電壓下降于正常值以內(nèi)

17、。2）開關(guān)量信號處理電路U17的1腳輸出信號，又經(jīng)R208、C514、R209組成的排形濾波電路，得到較為穩(wěn)定的電壓檢測信號，輸入由U30、U6組成的開關(guān)量報警信號形成電路，當(dāng)U30的同相輸入端檢測電壓高于反相輸入端“設(shè)定的動作閥值”時，U30的輸出端7腳變?yōu)楦唠娖叫盘?，?jīng)D30鉗位于5V電平上，由U6（施密特反相器）倒相為0V故障報警信號，輸入MCU的106腳。變頻器報SOU（意為穩(wěn)態(tài)過壓，指啟動直流制動電路后仍無效果），停機(jī)保護(hù)。4、電壓檢測電路的報警及故障（誤報警）表現(xiàn)：1）輸入電源電壓過低，超過（MCU內(nèi)部程序設(shè)定值），上電過程中可能報出欠電壓故障；變頻器的供電電源缺相時報出缺相故障；

18、2）檢測電路本身故障，上電后報出過、欠壓故障，變頻器處于保護(hù)狀態(tài)，不接受起動信號。5、電壓檢測電路故障檢修實例（以圖7/8/9電路為例）故障實例1送修用戶反映：變頻器上電后，報SLU（意為穩(wěn)態(tài)欠壓）故障，不能開機(jī)運行。1）變頻器接入AC380V維修電源，上電后報ILP（輸入缺相）故障，從電源/驅(qū)動板上找到如圖7所示的三相輸入電源電壓檢測電路，先用導(dǎo)線將光耦合器的3、4腳短接，以屏蔽輸入缺相故障信號。2）上電后，變頻器報SLU（意為穩(wěn)態(tài)欠壓）故障。當(dāng)U6的12腳電平變化時，變頻器應(yīng)該報過電壓故障，故首先排除開關(guān)量報警信號形成電路的故障。檢測U17和各個引腳電壓值，判斷U17本身沒有問題，可能為3腳輸入電壓信號過低所致（見圖9