变频器原理及维修培训.ppt

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 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 变频器结构框图 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 1 整流电路VD1 VD6整流二极管 c1 c2 滤波电容 RL 限流电阻 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 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 1 逆变原理下面分析怎样将一个直流电变为正弦波的问题 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 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 3 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 4 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 2 绝缘栅双极晶体管 IGBT 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 6 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 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 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 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 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 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 1 驱动电路隔离放大 驱动放大电路 驱动电路电源 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 V1为第一级放大 V2 V3为输出跟随器 提高输出能力 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 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 6 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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330K 2W的降压电阻损坏 标称330K 2W的电阻 实际测量值达2M 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 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 2 整流模块故障 3 IGBT故障 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 W三相无输出 或者输出不平衡 再或者输出平衡但是在低频的时候抖动 还有启动报警等等 当一台变频器大电容后的快熔开路 或者是IGBT逆变模块损坏的情况下 驱动电路基本都不可能完好无损 切不可换上好的快熔或者IGBT逆变模块 这样很容易造成刚换上的好的器件再次损坏 这个时候应该着重检查下驱动电路上是否有打火的印记 这里可以先将IGBT逆变模块的驱动脚连线拔掉 用万用表电阻挡测量六路驱动电路是否阻值都相同但是极个别的变频器驱动电路不是六路阻值都相同的如三菱 富士等变频器 如果六路阻值都基本相同还不能完全证明驱动电路是完好的 接着需要使用电子示波器测量六路驱动电路上电压是否相同 当给一个启动信号时六路驱动电路的波形是否一致如果手里没有电子示波器的话 也可以尝试使用数字式电子万用表来测量驱动电路六路的直流电压 一般来说 未启动时的每路驱动电路上的直流电压约为10V左右 启动后的直流电压约为2 3V 如果测量结果一切正常的话 基本可以判断此变频器的驱动电路是好的 接着就将IGBT逆变模块连接到驱动电路上 但是记住在没有100 把握的情况最稳妥的方法还是将IGBT逆变模块的P从直流母线上断开 中间接一组串联的灯泡或者一个功率大一点的电阻 这样能在电路出现大电流的情况下 保护IGBT逆变模块不被大电容的放电电流烧坏 案例1 安川616G5 3 7kW的变频器安川616G5 3 7kW的变频器 故障现象为三相输出正常 但在低速时电动机抖动 无法进行正常运行 首先估计多数为变频器驱动电路损坏 正确的解决办法应该是确定故障现象后将变频器打开 将IGBT逆变模块从印刷电路板上卸下 使用电子示波器观察六路驱动电路打开时的波形是否一致 找出不一致的那一路驱动电路 更换该驱动电路上的光耦 一般为PC923或者PC929 若变频器使用年数超过3年 推荐将驱动电路的电解电容全部更换 然后再用示波器观察 待六路波形一致后 装上IGBT逆变模块 进行负载实验 抖动现象消除 4 变频器欠压故障的原因 1 电源缺相原因 当变频器电源缺相后 三相整流变成二相整流 在带上负载后 致使整流后的DC电压偏低 造成欠压故障 对策 检查变频器电源的空开或接触器触点是否接触良好 触点电阻是否太大 输入电压是否正常等 2 变频器内部直流回路的限流电阻或短路限流电阻的晶闸管损坏原因 当限流电阻或短路限流电阻的晶闸管损坏时 变频器内部的滤波电容就不能充电 造成欠压故障 对策 找到电阻或晶闸管损坏的原因 如电机频繁起动 变频器容量小和电机不匹配等 更换限流电阻或晶闸管 3 同时工作或同时起动的变频器过多原因 当多台变频器同时起动或工作时 会造成电网电压出现短暂的下降 当电压下降持续时间超过变频器允许的时间 一般变频器都有一个允许压降的最短时间 时 就会造成变频器的欠压故障 对策 尽量减少同时起动或工作的变频器的台数 变频器输入侧加装AC电抗器 实在不行就增加供电变压器的容量 4 外界或变频器之间的干扰原因 外界的干扰或变频器间的互相干扰可能造成变频器检测电子线路非正常工作 导致变频器的误报警 5 变频器过电压故障的原因 1 对于无制动电阻及制动单元的变频调速系统 在停机时可能出现过电压原因 主要原因是减速时间设定太短 造成停机时电机的转速大于此时的转速 对策 增加减速时间或加装制动电阻或制动单元 2 对于有制动电阻及制动单元的变频调速系统 在制动时出现过电压原因 制动电流设定太大或制动的时间太短 或制动加入的时间过早 对策 减小制动电流或延长制动时间 降低加入制动时的频率 在频率降到更低时再加入制动 3 制动或减速时间过短原因 当制动或减速时间过短时 电机反馈产生的大量能量会积聚在滤波电容上 从而造成变频器过电压 对策 在满足控制要求的条件事 适当增加或延长制动时间或减速时间 4 电源过电压原因 一般变频器输入电压都允许一定程度的过电压 但此允许的过电压持续有一定的时间限制的 当过电压持续一定的时间后 变频器会过电压报警 对策 变频器DC电压上限值一般设定在电压700V以上 相当于输入AC电源电压500V左右 比380V超过了30 以上 此种情况很少出现 对短时间的电源过电压可以靠加装AC电抗器来预防 6 变频器过热故障 1 周围环境温度过高原因 变频器内部是由无数个电子器件构成的 其工作时会产生大量的热量 尤其是IGBT工作在高频状态下 产生的热量会更多 如果环境温度过高 也会导致变频器内部元器件温度过高 为保护变频器内部电路 此时变频器会报温度高故障并停机 对策 降低变频器所在场所的温度 如可以加装空调或风扇等强制制冷措施 2 变频器通风不良原因 如变频器本身的风道堵塞或控制柜的风道被阻塞时 会影响变频器内部的散热 导致变频器过热报警 对策 定期检修变频器 清除其风道的垃圾 顺畅风道 3 风扇卡阻或损坏原因 变频器风扇坏时 大量的热量积聚在变频器内部散不出去 对策 更换风扇 4 负载过重原因 当变频器所带负载过重 小马拉大车 时 会产生过大的电流 产生大量的热量 有时变频器也会过热报警 对策 减小负载或增加变频器的容量 7 变频器过电