变频器原理及维修培训

变频器原理及维修培训主讲：刘善平山东华聚能源济二电厂YoursitehereLOGO目录第一章变频器结构及原理；第二章变频器维修第一章：变频器内部结构1.1变频器的组成变频器只要包括：1.整流部分；2.逆变部分；3.信号输入、输出；4.开关电源；5.PWM系统；6.驱动电路；7.内部通讯电路；YoursitehereLOGO变频器结构框图YoursitehereLOGO1.2主电路整流电路、起动保护、滤波电路、逆变电路、指示电路、制动单元、输入端子、输出端子。YoursitehereLOGO1.整流电路VD1—VD6整流二极管，c1、c2，滤波电容，RL，限流电阻。YoursitehereLOGO2.制动电路图中RB电阻和VTB是制动选件，当电动机产生回馈电能，使UPN电压达到700V，VTB受控导通，电动机的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停止。YoursitehereLOGO3.逆变电路将直流电转换为三相交流电图中，VT1—VT6，逆变管，VD7—VD12，续流二极管YoursitehereLOGO1）逆变原理下面分析怎样将一个直流电变为正弦波的问题。①采样原理PWM技术的理论基础是采样控制理论中的面积等效控制原理。即：加在惯性环节上的窄脉冲，尽管形状不同，只要面积相等，其作用在惯性环节上的效果相同（惯性环节就是电感、电容）。YoursitehereLOGO②脉宽调制波SPWM：将一个正弦波电压分为N等份，并把正弦曲线每一等份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替，脉冲的宽度与正弦波的大小成正比，这样得到的脉冲列，就是SPWM波。实际应用中SPWM波的形成：调制方法：利用载波和调制波相比较方式来确定脉宽和间隔。调制波ur：所希望生成的等效正弦波载波uc：等腰三角波或锯齿波YoursitehereLOGO3)三相逆变波形加在6只逆变管上的信号都为开关信号，6只逆变管就相当于6个开关，管子导通相当于开关闭合，截止时相当于开关断开。YoursitehereLOGO4.开关器件1）二极管二极管是单向导电器件，加正向电压，导通，相当开关闭合；加反向电压，截止，相当于开关断开YoursitehereLOGO2）绝缘栅双极晶体管（IGBT）①结构及外形IGBT是MOS和GTR取长补短相结合的产物，具有栅极G、集电极C、和发射极E的三个引出端。YoursitehereLOGO6.1.2其他电路1.输入端隔离电路变频器有一系列的输入端子，这些输入端子和CPU是通过隔离电路联系的。输入端隔离电路出了问题，影响端子的正常输入，因为每个输入端子独立连接一只光电耦合器，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。YoursitehereLOGO2.I-U转换电路该电路是模拟输入电压、电流、以及模拟输出指示端子的转换电路。该电路出了问题，会影响这几路信号的正常工作。YoursitehereLOGO3.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。YoursitehereLOGO开关电源电路图图中L1为一次电路，L2、L3、L4、L5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，二次电路导通。二次电路的输出电压由开关管的脉冲宽度调节。开关电源容易损坏的元件是滤波电容、整流二极管、开关管。YoursitehereLOGO4.过压/欠压保护电路该电路是直流母线电压的检测电路，检测直流母线欠压或过压。该电路出了问题，一是不能正确的提供检测保护信号，产生误报；二是失去保护功能，使制动电阻不能工作，引起主电路过压而损坏。YoursitehereLOGO5.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YoursitehereLOGO1）驱动电路隔离放大、驱动放大电路、驱动电路电源①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。②V1为第一级放大；V2、V3为输出跟随器，提高输出能力。③图中稳压管DZ使电源电压稳定在20V。注：隔离电路中的光耦隔离集成块容易损坏。YoursitehereLOGO2）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5V稳压管取得5V电源，加在IGBT开关管的发射极上，使驱动信号在零时，保证IGBT控制极为5V的负电压，使管子可靠的截止。该电源需要4组，三个带浮地，一个直接接地。该电源由变频器的DC/DC直流电源提供。YoursitehereLOGO6.保护电路是保护逆变桥过流、过压、过载等的保护电路。它由检测、放大、模/数转换等电路组成。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。YoursitehereLOGO1）电流检测电路通过检测变频器的输出电流，进行过流、过载计算，当判断为过流、过载，立即封锁变频器的输出脉冲，使PWM电路停止工作。R121为检测电阻，检测电流为1A。(检测电流为100A,R121为0.015)。YoursitehereLOGO2）直流电压检测电路为保证电网电压变化时，仍能保证U/f=C的控制方式，由该电路实时检测直流电路的电压Ud,根据Ud的变化调整PWM波的占空比。YoursitehereLOGO7.操作面板操作面版是采用接插件连接，接触不良，会引起个别功能消失，供电不良会引起黑屏。个别功能部件失灵，可能是按键接触虚。YoursitehereLOGO9.故障接点开关该开关主要为变频器的故障报警用，当变频器出现故障时，该端子输出故障信号。YoursitehereLOGO10.单片机单片机又称CPU，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。CPU是集成电路，又经过层层保护，故障率很低。正常工作时的损坏率很低，雷击、变频器电源引起的过压、工作环境潮湿、静电感应等可能引起损坏。在故障维修时，没有充分的理由，不要轻易怀疑单片机有问题。因为单片机有问题，就得换主板。YoursitehereLOGO11.16MHz晶振晶振是CPU的主频震荡器震荡器件。它不是一个很耐用的器件。在众多的电子设备中，晶振的损坏时有发生。因为他的结构是两个金属片中夹着一块晶体，晶体怕震、怕氧化。晶振出了问题，整个变频器都不能正常工作。YoursitehereLOGO高压变频器简介我们习惯上把额定电压为6kV或3kV的电动机称为“高压电动机”，因此，我们也把工作电压在1～lOkV的变频器统称为中(高)压变频器。中（高）压变频器因为工作电压升高，开关器件因为受到耐压的限制，不能完全承受电源的高电压，使主电路和低压变频器有了很大的区别。为了使变频器能工作在高电压，人们研究出了多种不同的电路结构。YoursitehereLOGO1.高-低-高变频器它是把电网的高压或中压经降压变压器降为低压，通过低压变频器变频，然后再经升压变压器将低压升为中压，供给电动机运行。实际上这种电路结构所用的变频器为低压变频器。YoursitehereLOGO2.高—中型高—中型变频器是把电网的高压经降压变压器降为中压，送入中压变频器，中压变频器的输出驱动电动机。YoursitehereLOGO功率单元串联高压变频器功率单元串联高压变频器，属于“高—中型”变频器。主电路是利用移相变压器降压，再通过多个低压变频功率单元串联组成。各功率单元分别由多绕组移相降压变压器的一组二次绕组供电。多绕组移相降压变压器是功率单元串联高压变频器电路中的一个重要部件。YoursitehereLOGO变频器检修作业前应注意安全，最好有专人监护，确保人身、设备安全，不要人为将故障扩大。切忌将变频器的输入输出端接反，否则直接损坏变频器;在检修过程中注意变频器停电后直流母线上会有高压，应等待5分钟以上，方可触摸，或者人为对电容放电，按电容放电标准安全作业，放完电后方可继续作业;变频器在通电待机状态下或已启动在给定零转速状态下，其输出端三相对地都有直流200v左右高压，请注意人身安全;在对控制板检测时最好不要用手触摸板上集成芯片的管脚，以防静电损坏集成芯片，造成不必要的损失。第二章：变频器维修完全注意事项YoursitehereLOGO1、开关电源部分1、检测整流电路D1—D4是否击穿或断路，滤波电路的电容是否损坏，平衡电阻R1、R2是否正常，降压电阻R3是否烧断或阻值增大失效（断电情况下测试）。2、检测开关管b-e结、c-e结是否有击穿短路现象、测量开关变压器各个绕组是否有短路现象，以确定开关管、及开关变压器的好坏（断电情况下测试）。3、检测次级输出绕组的整流滤波元件，重点察看滤波电容是否鼓包或损坏，以排除次级电路短路的可能。4、检测吸收回路D5、R11、C9是否正常（断电情况下测试）。YoursitehereLOGO5、在确定上述元件正常的情况下，我们可以把开关电源板从变频器上取下单独对其进行加电试验。用调压器缓缓地调至开关电源的额定电压值，此时应能听到变压器起振时的吱吱声，如没有听到起振的声音，用万用表检测UC3844的电源正、负级之间是否有12V—16V左右的直流电压。6、在确定UC3844的供电端电压正常后，可用示波器察看一下UC3844的6脚是否有PWM波输出到开关管的触发端（根据电路设计的不同，PWM波的频率一般在20KHZ—100KHZ之间）。7、如果没有PWM波输出，则更换定时元件C5、R8、C6或UC3844。经过上述几个步骤的排除，开关电源应该可以正常工作了。在变频器中，开关电源的种类很多，但基本原理都是一样的，比如说每个PWM管理芯片都有供电端、定时元件RC网络、输出PWM波的端口等，只要我们了解了它们的工作原理，按照一定的方法步骤都能够把故障排除掉。YoursitehereLOGO案例1：变频器（故障现象：上电无显示）经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常，因此确定为开关电源板故障。按照上述维修步骤对开关电源板进行测量。在进行第一步测量时，发现直流母线560V到PWM调制芯片之间的的330KΩ/2W的降压电阻损坏，标称330KΩ/2W的电阻，实际测量值达2MΩ以上，因此PWM调制芯片得不到启动的电源，所以无法起振工作。为谨慎起见又检测了开关管、变压器、整流二极管及滤波电容等关键器件，在确定没问题之后上电试验，OK！开关电源起振，输出各组电压正常，装回变频器后开机试验正常，此变频器修复完毕（注：维修人员在维修中，一定要养成习惯：发现坏元件后不要急于更换试机，一定要把功率大的、容易坏的元件都测一下，确定没问题后再试机，这样既安全又保险）。YoursitehereLOGO案例2变频器（故障现象：上电无显示）经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常，故障确定在电源板。按照维修步骤对开关电源板进行测量。第一步测量通过，第二步测量时发现开关管c-e结击穿，将其拆下，然后检测变压器、及整流二极管、滤波电容等关键器件，在确定没问题之后上电试验，输出各组电压正常，装机测试正常，故障排除。【案例3】：变频器（故障现象：上电无显示）经检测发现电源主回路、充电电阻、主回路接触器都正常，故障确定在电源板。按照维修步骤对开关电源板进行测量。第一步测量通过，第二步测量通过，第三步测量通过，第四步测量通过，然后单独对电源板加电测量PWM调制芯片的电源端对地有12.5V左右的电压，说明供电正常。用示波器看芯片的PWM输出端，发现没有PWM调制波形。更换PWM调制芯片后，上电试验正常，故障排除。YoursitehereLOGO2、整流模块故障YoursitehereLOGO3、IGBT故障YoursitehereLOGO造成驱动损坏的原因有各种各样的，一般来说出现的问题也无非是U，V，