变频器内部元件检测与维修

1变频器故障的维修第七章变频器主电路的维修变频器主电路在变频器中是功率传递和消耗的电能最大的电路，其发热量大，体积大，占据变频器空间的50%以上，是故障的高发区。如果变频器主电路的故障我们可以排除，则可以修复50～70%的变频器。第一节测量基础一、用万用表电阻格筛选元件变频器在维修过程中，用指针式万用表的电阻格测量电阻、电容、电感等半导体器件的好坏，仍是一种最简单、最有效的方法，仍然被广大维修人员所采用。为什么要采用指针万用？其原因是指针万用表的电阻档是一个电源电阻电路，如图1.图11.测电阻先调零，后测量。2.测电感用万用表的电阻挡测电感，实际上是测量电感中的导体电阻以及充放电情况。2测量目的：①电感通不通；②根据测量的电阻值判断电感是否有短路现象。参考意义：如果电感是工作在低电压，不存在击穿短路现象，则测出的“通”或“断”具有参考价值。如果电感是工作在高电压，开路具有参考意义，则电阻值的大小参考意义不大。3、测电容电容结构：电容工作原理：电容器在工作时，由于电容两端的电场变化使电容器有充电电流。k闭合，E给C充电。开始时充电电流最大，以后慢慢下降，直到电容器电压等于E两端电压为止，此时ic=0。图2测量目的：检查电容器是开路、短路？容量是否消失、有无漏电。参考意义：①测量时表针打到头不返回，电容短路（损坏）；②测量电解电容时几只对比测量，表针摆动幅值小的容量不足（下降）；表针摆动后不能返回原点的，漏电，使用中发热，不可用。③测量小容量电容时，只有短路可作为参考，开路容量大小测不出来。数字万用表都用电容档，要用电容表进行容量测量。测容量可用电容测量仪。4．测晶体二极管如正反测量都通，短路不通，开路。3图35、测晶体三极管NPN：黑笔基极，红笔E或C，都通；表笔反向，都止。NPN：红笔基极，黑笔E或C，都通；表笔反向，都止。参考意义：如果测出的晶体管符合以上规律，在基本上可以判断管子是好的。6、测晶闸管参考意义：用万用表R×10k档分别测UAk或UkA，表针应摆动很小（理论上不摆动，但因有穿透电流，表针摆动，但不可太大）。如打到头，管子击穿。测出的管子可大致确定好坏。图47．测IGBT（1）测好坏用万用表R×1k档分别测量各电极，都不通；用万用表R×1k档分别测量各电极，C、E间有5～10k电阻（漏电电流电阻），其他各极都不通。4（2）测放大能力图5第一节主电路在路测量主电路的在路测量是主电路测量的第一步，因为在路测量不用将变频器作大的分解，只需去掉面板就可以进行，因此具有省时、安全等优点，维修人员乐于采用。图一、在线电压测量用指针式万用表的交流电压档分别测量变频器的三相输入电压，三相输出电压；用直流电压档测量直流母线电压UPN（制动电阻两端），可判断变频器一系列故障。1.变频器欠压测量如果变频器欠压报警，要测量输入三相交流电压。如三相交流电压都低于正5常值（360V以下），故障可能是输入电压低；如缺相，则欠压是缺相所致，用直流1000V档测直流母线；如果三相交流电压正常，直流母线电压低于500V，①则可能是滤波电容容量下降；②整流桥一个桥臂整流二极管开路；③制动选件开路。制动电阻并在直流母线上，使电压下降。2.变频器输出缺相电动机工作时声音异常、无力，可能逆变桥有一桥臂开路，用万用表交流500V电压档分别测量三个输出相线，可判断出短路的模块（缺相模块均开路、失去放大能力、驱动电路故障等）。二、在线电阻测量测量变频器的在线电阻，测量时用小阻值电阻档，如R×10Ω或R×1Ω.因为主电路中都是大功率电子器件，都有一定的漏电流，用高阻值档容易得出错误结论。（演示，由学生自己测量）1、测量整流电路用万用表R×10Ω档，黑笔接R、S、T，红笔接P点。哪一路不通，哪一路二极管开路；哪一路表针打到头，哪一路短路。用万用表红笔接R、S、T，黑笔接N点。哪一路不通、哪一路开路、哪一路表针打到头、哪一路短路，表笔反之，则结果与上述相反。62、测量逆变电桥用万用表R×10Ω档，黑接U、V、W，红接P,全通，哪路不通、开路、打到头、短路；红接U、V、W，黑接N,全通，哪路不通、开路、打到头、短路；第三节主电路分解后的检测通过在线测量，确实发现变频器的主电路在线有硬件故障，那么变频器必须解体，解体后进行进一步的检查，然后查出变频器具体部位故障，损坏器件进行更换。当变频器解体后可进行在路测量变频器器件的功能脚。如果能够确定故障，则可以不用焊开器件；如果确定故障有困难，则必须将管脚焊开再进行测量。因为模块多为一体化，当确实其中一个器件有问题，则整个模块就报废了，再查下去的意义已不大，下一步就进行模块的拆除了。模块在拆除过程中，要注意不要损坏线路板上的焊盘。一、IGBT的在路测量71、测量是否失去放大功能IGBT失去放大功能，是输出缺相的主要原因。测量方法是给控制极G加上一定的正向电压（3～5V），测量其导通情况。测量时G极电源要串联1k电阻作防错保护，图以免接错位置将故障扩大。2、测量是否短路IGBT开路我们一般难以测量，但通过测量C－E穿透电流可以初步判断C－E极是否开路，但G－C、G－E开路不好测量。短路测量很方便，用万用表R×10Ω档、R×1Ω档测量通，管子基本上就已经损坏了。二、滤波电容的测量滤波电容在路测量具有参考意义的有：开路、容易消失，其他意义不大。电容在电路中又都是多只串流和并联，最好是拆下来测量，或根据使用年限全部换新。三、RL和SL的测量RL是电容充电保护电阻，变频器想冷启动时为了防止电容充电过电流损坏整流管，作限流使用。SL是集电器动合触点，当电容器充电到80%时，SL闭合。※RL的损坏一般为阻值变大或开路，其原因多为制动选件短路使RL过流而损坏。※SL测量主要是测量其触点的接触电阻。接触电阻高发热严重，接触器的外壳要变形，用万用表R×10Ω档测量出的电阻值只作参考，一般测不出。四、制动选件和制动电阻的测量81.制动选件和制动电阻是外装件，测量时不用变频器解体。2.制动选件常出现的故障为短路，制动电阻常出现的故障为阻值变大或开路。3.当制动选件短路时，变频器启动板欠压，反复试机烧RL电阻，造成变频器的解体维修。第三节主电路损坏的原因主电路的损坏原因是多方面的，一方面是驱动电路损坏，造成IGBT损坏；另一方面就是电路过流、过载、过热而损坏。虽说变频器在以上几个方面都采取了完善的保护措施，但变频器经常出现过流、过载、过热保护状态，损坏的概率就比较高。1.过流损坏变频器电路虽然设置了完善的保护电路，但流过管子的电流陡度太大，也可能损坏功率模块。当di/dt较大时，管芯的热量散不出去，使管芯的局部烧伤，失去功能，再通电时，烧伤面积扩大，最后使管子击穿。这种情况多出现在输出短路。因此，当发现变频器过流保护，在没有查清故障根源的情况下，一定不要反复试机，以免造成功率模块损坏。2.过压损坏过压损坏多出现在电源故障（自发电电压不稳）、雷击、回馈电能等情况。防止方法：在熔断器后并联压敏电阻是一种较好的方法。9三、过热过载过热和过载有相似之处，都是热量的积累造成的。因为管子的芯片温度达到一定值时，其性能下降，难以承受加在其上的额定量值，造成击穿损坏。1.工作中长期处在过流状态；2.散热风扇坏，转速慢；3.散热风道堵塞；模块螺钉松动；新换模块没有涂硅脂。第三章变频器驱动电路分析及故障处理下面以由87C196电动机专用电脑芯片为核心组成的变频器为例进行分析。组成框图第一节驱动电路工作原理一、196驱动输出接口10二、驱动电路驱动电路是将CPU产生的PNM信号进行放大，驱动IGBT工作。图中是一个常用驱动放大电路，其工作原理为：1、IC驱动隔离电路，通过光电耦合将CPU与驱动电路隔绝电的联系。当驱动电路发生故障时不至于将故障扩大到CPU。2、V1放大环节由V1、R2、R3组成共发射极放大器，该放大器工作在开关状态，输出幅度为20V的矩形脉冲。3、V2、V3射极输出器V2、V3组成共射极放大器，其射极放大器没有电压放大能力，但有电流放大能力，输入阻抗高，输出电阻低，带负载能力强。该电路属于同向隔离驱动放大电路，因为该驱动电路的输出信号和输入信号同向。如果需要采取反相，驱动放大器可以采取下面电路。11二、驱动电路电源驱动电源通过5V稳压管取出一路正5V电压，加到IGBT的发射。当驱动信号为“0”时，IGBT、UGE为负压，保证了管子的可靠截止；当驱动信号为“20V”时，UGE为20V-5V=15V，在信号的低压段（5V以下）不起作用，切除了干扰。三、驱动电路的故障及排除1、基本故障易损器光电耦合器——无驱动信号；晶体二极管——V1开路，u0高电压(20V)；V1短路，u0低电平90V)。稳压管——开路，UW=20V；短路，UW=0V。滤波电容——容量下降，输出电压降低；短路，没输出。整流二极管——开路，没输出电压。2、故障排除最直接的方法是给驱动电路加上电源信号，用示波器进行测量。如果用万用表的电阻档分别测量各有关器件的直流电阻，也可以很方便的找出故障。第二节带有过流保护的“M57962L”IGBT集成驱动电路一、电路框图12二、工作原理图a为IGBT的IC—UCE特性曲线，由曲线可见，电压随着IC电流的增加线性增加，这有利于进行过电流检测。图b为检测电路。该电路为一个与门电路，当两个输入端都为高电平时，与门有输出信号。同时出现高电平的条件是栅极有输入信号，集电极的电位较高（过流）。该电流由于是直接检测，速度快。第四章保护电路一、电流检测保护电路图中：137800A——光电耦合隔离器，作用：将检测到的电流信号通过隔离传到运算放大器的输入端。Ru——取样电阻，流过Ru的电流与变频器的输出电流成正比，反映输出电流的大小（共有三个相同的电路，分别检测U、V、W三相输出电流）。TL084——1／4运算放大器，取样信号加到该放大器的两个输入端，由该放大器放大后输入到数／模转换电路，转换为数字信号输入到CPU，由CPU通过与设定值的比较，（以确定）是否发出保护信号。Ru——检测电阻，是个关键器件，阻值变大，变频器发生误报。二、电压保护电路如果我们将Ru电阻换成下图的R2，则上图可组成为电压保护电路。图中R1和R2按分压的关系成一定比例，当P点电压较高时，发出报警信号。三、检测电路的常见故障及处理1、假过流取样电阻阻值变大，更换；运算放大器比例运算电阻阻值发生变化，更换标准电阻；谐波干扰；第五章开关电源变频器开关电源是非常关键的一个部件。一、开关电源工作框图14二、开关过程V导通，iD电流线性上升；V关断，iD=0，Uce受反向高压；V导通，电路储能；V截止，电路放能。改变输入信号的脉冲宽度，可以改变输出电压大小。电路的开关过程就是开关变压器储能与放能的过程。三、开关电源电路151、电路元件作用R37～R40——电源工作启动电阻。电路接通时给Q3基极提供基极电流，使Q3导通；Q3——开关管；L1——电源主绕组；L2——电源二次反馈绕组，提供正向反馈电压，使电路开关工作；L3——二次取样、基准电压（提供）绕组；L4——输出电压绕组，该绕组根据需要有多组；Q2——脉宽调制控制管；PC815——光电耦合器；ZDV1——基准电压稳压器；当两端电压高于ZPV1稳定电压时，ZPV1开通，PC815中有一电流，Q2饱和，Q3关断。2、工作过程16电路接通，R37～R40给Q3基极一个小电流，使Q3导通，此时L1两端产生上“＋”下“－”的感应电压，该电压加到Q3的基-射极之间，使Q3饱和导通（正反馈过程）。Q3在导通过程中，通过L2、D5、R29给C7充电，当C7两端电压高于Q2的导通电压时，Q2导通，Q3基极电压下降而截至。在截至期间，变压器储存的磁场能量通过二次绕组释放，二次绕组上得到输出电压，即此时二次绕组上的输出电压反向。在二次绕组输出过程中，Q3也在为下一次开通作准备，R37～R40给充电，当达到开通电压时，Q3再次导通。3、稳压过程当输出电压升高时，ZDV1导通，PC815中有电流通过，给C3充电，延长Q2的饱和时间，使Q3延长关断时间；反之，关断时间减小，开通时