变频器维修思路与步骤.docx

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变频器维修思路与步骤

变频器维修的思路及步骤

      若您想维修变频器，那就首先知晓变频器的工作原理。

      普通低压变频器通常都是交流-直流-交流，其工作原理：

整流模块将交流变为直流，平滑回路将直流平滑，控制电路根据生产工艺的要求控制逆变器，将直流逆变成频率可调的交流，实现电机调速。

      变频器常见的故障有：

模块被烧毁；变频器没有显示；变频器运行中报各种故障代码而停止工作。

      我们就模块烧毁来介绍处理这类故障的思路

      我们须画出主回电路图来（我们将交流-直流-交流称作变频器的主回路，如图一），IGBT模块烧毁往往是因为模块被错误触发，而导致直流母线经模块短路，烧毁IGBT逆变模块，进而烧毁保险以及整流模块，如象西门子MM430系列变频器没有配置保险，IGBT模块烧毁，在我们所维修的机器中，整流模块无一幸免都被烧毁。

      我们不能发现模块烧毁就简单更换模块通电试机，这往往又会烧毁模块，我们必须找出烧毁的根源所在。

接下来，我们可能就需要绘制此变频器的开关电源、IGBT驱动电路的电子线路图。

开关电源为整机提供若干组彼此隔离的直流电源，因其品牌、型号的不同，大致如下：

       1.控制电脑用：

+5V、+15V、-15V电源

       2.面板用直流电源

       3.端子用：

+24V、10V或5V电源

       4.风扇用24V或12V电源

       5.4路或6路彼此隔离的驱动直流电源

      我们弄清楚整机电路各自的工作电源后，接下来就绘制IGBT驱动电路的电子线路图，有了图纸，我们就很容易找出故障的根源。

                                                                                        图一

      下面我们提供一份某变频器的驱动电路U相电路图（见图二），V、W相电路相同。

从图二可以看出，驱动电路的上下臂工作电源由两组彼此隔离的电源组成，其中开关变压器的一个绕组、D12、C41、C42、C43、C44、稳压二极管D13一起构成上臂驱动电路的工作电源，光耦PC1-A3120的8脚和5脚之间电压为+20VDC，以上臂的IGBT的E极（即U相）为参考点，8脚和E之间的电压为+15V，5脚和E之间电压为-5V。

      下臂的变压器绕组有3个抽头，中间抽头与N相联，和D18、D19、C53、C55一起构成下臂驱动电路的工作电源,以N为参考点，PC6的8、5脚电压为+15V和-5V。

      当发现某相的IGBT模块被烧毁，绝大部分原因为其驱动电路故障所致，以图二的电路为例来分析，正常静态（即变频器处于停止状态）情况下，IGBT的GE间的电压大约为-6V左右，IGBT被牢牢封锁，处于截止状态。

        1.若上臂光耦A3120内部驱动对管的上管击穿，上臂IGBT的GE间的电压就为15V左右，IGBT处于导通状态，若下臂的IGBT被正常触发，加在上下IGBT模块的直流母线P1对N通过上下模块短路，而致使模块烧毁。

        2.若上下臂光耦都损坏，就会造成通电瞬间模块炸裂。

      根据上面的分析，我们不难找出模块烧毁的根源。

我们手里有一份正确的图纸，再借助先进的仪器，很快就能修复模块烧毁这类故障。

      若想做到芯片级维修，必须具备深厚的模拟、数字电路理论基础，熟悉计算机电路，能根据电路板画出正确的线路图，这是必备的基础。

还要具备将复杂问题简单化的能力，换言之，我们的视角、方向，就是思路要正确，否则，我们只会将问题复杂化，甚至造成所修设备的二次、三次故障。

                                                                                           图二

        真正理解驱动电路就必须知晓IGBT模块的工作原理，以及理解某型号模块的性能、参数。

我们可以在网上下载富士、三菱、优派克、西门康等品牌的IGBT、IPM、PIM模块的用户手册，认真阅读、理解，这对形形色色的驱动电路的正确理解非常关键。

      我们就变频器无显示来介绍处理开关电源故障的思路 

      下面介绍变频器开关电源的一些故障现象和处理方法，如图三

                                                                                                   图三

      我们先来了解变频器开关电源常用PWM芯片3844的工作原理，这对理解图三的电路尤为关键，下面是3844的内部框图和引脚功能说明，见图四、图五。

                                                             图四          

                                                                      图五

图三这类变频器开关电源的常见故障为：

开关管Q1，R5-R8，R18-R21，ZD4以及3844等烧毁，变频器没有显示。

笔者每次遇见这类故障，都要整理这台变频器整机电源和驱动电路图，在工作台上模拟成功，再组装整机试车。

关于开关电源的工作原理，初学者可以到书店买一本相关书籍阅读。

下面再提供几幅3844的资料和由3844组成的电路图，希望初学者能对开关电源的学习、理解有所帮助，通过3844学习，多么复杂的变频器开关电源故障，我们都可以举一反三，迎刃而解。

台安N2-3.7KW变频器OC3故障分析

OC3故障保护的电路如下图。

1.若变频器的负载电流异常，驱动光耦PC923的8脚输出低电平，触发光耦PC5（见此变频器功率板电路），经CON4-19脚，给电脑芯片IC3的97脚送入故障信号，变频器报OC3故障。

2.三个HY12电流传感器的输出分别经CON4的16、17、18脚三个比较器IC12、IC15、IC15，和IC10的TL431提供的基准值进行比较，当变频器输出电流异常时，将故障信号送入电脑芯片IC3的97脚，变频器报OC3故障。

施耐德ATV38、ATV58变频器的SCF故障分析

施耐德ATV38、ATV58变频器的SCF故障分析：

在排除负载故障的前提下，分通电就报故障和运行过程中报故障两类。

（我以ATV58-22KW以上功率为例来分析吧。

）

前者，说明电流检测通道出现故障。

霍尔电流传感器通过一个运算电路，提供一个电流极限阀值信号，它和IPM模块的故障信号，制动模块的过电流信号等，通过一个“或逻辑”电路，针对过电流、短路、对地等状况，以硬件的方式为计算机部分提供判断依据。

这部分电路出现故障，通常会出现在变频器上电就报SCF故障。

后者，问题就相对复杂些，可能是电流传感器性能不良、IPM模块故障，以及处理电流检测信号的1NTC001108电路部分出现故障，或者是设置、软件等问题，这就要根据变频器的实际情况来判断。

某30公斤洗衣机控制器电子线路图，系本人2003年维修时所绘制。

基于A3120和A316组成逆变驱动电路

我们经常在不同品牌的变频器、伺服器里见到由A3120和A316组成的逆变驱动电路。

下面是本人根据某品牌变频器的IGBT驱动电路实物画出的电子线路图，以供兴趣者参考。

我们先来认识光耦：

A3120（HCPL-3120）

TechnicalData

•2.0AMinimumPeakOutputCurrent

•15kV/msMinimumCommonModeRejection（CMR）atVCM=1500V

•0.5VMaximumLowLevelOutputVoltage（VOL）EliminatesNeedforNegativeGateDrive

•ICC=5mAMaximumSupplyCurrent

•UnderVoltageLock-OutProtection（UVLO）withHysteresis

•WideOperatingVCCRange:

15to30Volts

•500nsMaximumSwitchingSpeeds

•IndustrialTemperatureRange:

-40°Cto100°C

•SafetyApprovalULRecognized-2500Vrmsfor1minuteperUL1577CSAApprovalVDE0884ApprovedwithVIORM=630Vpeak（Option060only）

•IndustrialInverters

•SwitchModePowerSupplies（SMPS）

Description

TheHCPL-3120consistsofaGaAsPLEDopticallycoupledtoanintegratedcircuitwithapower

outputstage.ThisoptocouplerisideallysuitedfordrivingpowerIGBTsandMOSFETsusedin

motorcontrolinverterapplications.Thehighoperatingvoltagerangeoftheoutputstageprovidesthedrivevoltagesrequiredbygatecontrolleddevices.ThevoltageandcurrentsuppliedbythisoptocouplermakesitideallysuitedfordirectlydrivingIGBTswithratingsupto1200V/100A.ForIGBTswithhigherratings,theHCPL-3120canbeusedtodriveadiscretepowerstagewhichdrivestheIGBTgate.

FunctionalDiagram

Applications

•IsolatedIGBT/MOSFETGateDrive

•ACandBrushlessDCMotorDrives

我们再来介绍A316J（HCPL-316J）

TechnicalData

•DriveIGBTsuptoIC=150A,VCE=1200V

•OpticallyIsolated,FAULTStatusFeedback

•SO-16Package

•CMOS/TTLCompatible

•500nsMax.SwitchingSpeeds

•“Soft”IGBTTurn-off

•IntegratedFail-SafeIGBTProtection

–Desat（VCE）Detection

–UnderVoltageLock-Out

Protection（UVLO）withHysterisis

•UserConfigurable:

Inverting,Non-inverting,Auto-Reset,Auto-Shutdown

•WideOperatingVCCRange:

15to30Volts

•-40°Cto+100°COperatingTemperatureRange

•15kV/μsMin.CommonModeRejection（CMR）atVCM=1500V

•RegulatoryApprovals:

UL,CSA,IEC/EN/DINEN60747-5-2（891VpeakWorkingVoltage）

FaultProtectedIGBTGateDrive

TypicalDesaturationProtectedGateDriveCircuit,Non-Inverting

RecommendedApplicationCircuit

基于A788的变频器短路电流及过载检测隔离放大器

功能介绍：

Features

•OutputVoltageDirectlyCompatiblewithA/DConverters（0VtoVREF）

•Fast（3ms）ShortCircuitDetectionwithTransientFaultRejection

•AbsoluteValueSignalOutputforOverloadDetection

•1mV/°COffsetChangevs.Temperature

•SO-16Package

•25kV/msIsolationTransientImmunity

•RegulatoryApprovals（Pending）:

UL,CSA,VDE0884（891VpeakWorkingVoltage）

▲LowCostThreePhaseCurrentSensingwithShortCircuitandOverloadDetection

Hewlett-Packard’sIsolationAmplifierwithShortCircuitandOverloadDetectionmakesmotorphasecurrentsensingcompact,affordableandeasy-to-implementwhilesatisfyingworldwidesafetyandregulatoryrequirements.

▲Description

TheHCPL-788Jisolationamplifierisdesignedforcurrentsensinginelectronicmotordrives.Inatypicalimplementation,motorcurrentsflowthroughanexternalresistorandtheresultinganalogvoltagedropissensedbytheHCPL-788J.Alargeranalogoutputvoltageiscreatedonthe

othersideoftheHCPL-788J’sopticalisolationbarrier.Theoutputvoltageisproportional

tothemotorcurrentandcanbeconnecteddirectlytoasinglesupplyA/Dconverter.Adigital

over-rangeoutput（FAULT）andananalogrectifiedoutput（ABSVAL）arealsoprovided.The

wireOR-ableover-rangeoutput（FAULT）isusefulforquickdetectionofshortcircuitconditionsonanyofthemotorphases.Thewire-OR-ablerectifiedoutput（ABSVAL）,simplifies

measurementofmotorloadsinceitperformspolyphaserectification.Sincethecommon-modevoltageswingsseveralhundredvoltsintensofnanosecondsinmodernelectronicmotordrives,theHCPL-788Jwasdesignedtoignoreveryhighcommon-modetransientslewrates（10kV/ms）.

Figure1.CurrentSensingCircuit.

引脚功能说明：

内部框图

▲ApplicationsInformation

ProductionDescription

TheinternalblockdiagramoftheHCPL-788J.Theanaloginput（VIN）isconverted

toadigitalsignalusingasigma-delta（å-D）analogtodigital（A/D）converter.ThisA/Dsamplestheinput6milliontimespersecondandgeneratesahighspeed1-bitoutputrepresentingtheinputveryaccurately.This1bitdatastreamistransmittedviaalightemittingdiode（LED）overtheopticalbarrierafterencoding.Thedetectorconvertstheoptical

signalbacktoabitstream.Thisbitstreamisdecodedanddrivesa1bitdigitaltoanalog（D/A）converter.Finallyalowpassfilterandoutputbufferdrivetheoutputsignal（VOUT）whichlinearlyrepresentstheanaloginput.Theoutputsignalfull-scalerangeisdeterminedbytheexternalreferencevoltage（VREF）.Bysharingthisreferencevoltage

（whichcanbethesupplyvoltage）,thefull-scalerangeoftheHCPL-788Jcanpreciselymatchthefull-scalerangeofanexternalA/Dconverter.Inaddition,theHCPL-788Jcomparestheanaloginput（VIN）toboththenegativeandpositivefull-scalevalues.Iftheinputexceedsthefull-scalerange,theshort-circuitfaultoutput（FAULT）isactivatedquickly.Thisfeatureoperatesindependentlyoftheå-DA/Dconverterinordertoprovidethehighspeedresponse（typically3ms）neededtoprotectpowertransistors.TheFAULToutputiswireOR-ablesothatashortcircuitonanyonemotorphasecanbedetectedusingonlyonesignal.Oneotheroutputisprovided—therectifiedoutput（ABSVAL）.ThisoutputisalsowireOR-able.Themotorphasehavingthehighestinstantaneousrectifiedoutputpullsthecommonoutputhigh.Whenthreesinusoidalmotorphasesarecombined,therectifiedoutput（ABSVAL）isessentiallyaDCsignalrepresentingthermsmotorcurrent.ThissingleDCsignalandathresholdcomparatorcanindicatemotoroverloadconditionsbeforedamagetothemotorordriveoccur.Figure22showstheABSVALoutputwhen3HCPL-788Jsareusedtomonitorasinusoidal60Hzcurrent.Figures23and24showtheABSVALoutputwhenonly2or1ofthe3phasesaremonitored,respectively.TheHCPL-788J’sothermainfunction

istoprovidegalvanicisolationbetweentheanaloginputandtheanalogoutput.Aninternalvoltagereferencedeterminesthefull-scaleanaloginputrangeofthemodulator（approximately±256mV）;aninputrangeof±200mVisrecommendedtoachieveoptimalperformance.