变频器维修入门--电路分析图

变频器维修入门变频器维修入门 电路分析图电路分析图 对于变频器修理 仅了解以上基本电路还远远不够的 还须深刻了解以下主要 电路 主回路主要由整流电路 限流电路 滤波电路 制动电路 逆变电路和 检测取样电路部分组成 图 2 1 是它的结构图 1 驱动电路 驱动电路是将主控电路中 CPU 产生的六个 PWM 信号 经光电隔离和放大后 作 为逆变电路的换流器件 逆变模块 提供驱动信号 对驱动电路的各种要求 因换流器件的不同而异 同时 一些开发商开发了许 多适宜各种换流器件的专用驱动模块 有些品牌 型号的变频器直接采用专用 驱动模块 但是 大部分的变频器采用驱动电路 从修理的角度考虑 这里介 绍较典型的驱动电路 图 2 2 是较常见的驱动电路 驱动电路电源见图 2 3 驱动电路由隔离放大电路 驱动放大电路和驱动电路电源组成 三个上桥臂驱 动电路是三个独立驱动电源电路 三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源 电路 2 保护电路 当变频器出现异常时 为了使变频器因异常造成的损失减少到最小 甚至减少 到零 每个品牌的变频器都很重视保护功能 都设法增加保护功能 提高保护 功能的有效性 在变频器保护功能的领域 厂商可谓使尽解数 作好文章 这样 也就形成了 变频器保护电路的多样性和复杂性 有常规的检测保护电路 软件综合保护功 能 有些变频器的驱动电路模块 智能功率模块 整流逆变组合模块等 内部 都具有保护功能 图 2 4 所示的电路是较典型的过流检测保护电路 由电流取样 信号隔离放大 信号放大输出三部分组成 3 开关电源电路 开关电源电路向操作面板 主控板 驱动电路及风机等电路提供低压电源 图 2 5 富士 G11 型开关电源电路组成的结构图 直流高压 P 端加到高频脉冲变压器初级端 开关调整管串接脉冲变压器另一个 初级端后 再接到直流高压 N 端 开关管周期性地导通 截止 使初级直流电 压换成矩形波 由脉冲变压器耦合到次级 再经整流滤波后 获得相应的直流 输出电压 它又对输出电压取样比较 去控制脉冲调宽电路 以改变脉冲宽度 的方式 使输出电压稳定 4 主控板上通信电路 当变频器由可编程 PLC 或上位计算机 人机界面等进行控制时 必须通过通 信接口相互传递信号 图 2 6 是 LG 变频器的通讯接口电路 频器通信时 通常采用两线制的 RS485 接口 西门子变频器也是一样 两线分 别用于传递和接收信号 变频器在接收到信号后传递信号之前 这两种信号都 经过缓冲器 A1701 75176B 等集成电路 以保证良好的通信效果 所以 变频器主控板上的通信接口电路主要是指这部分电路 还有信号的抗干 扰电路 5 外部控制电路 变频器外部控制电路主要是指频率设定电压输入 频率设定电流输入 正转 反转 点动及停止运行控制 多档转速控制 频率设定电压 电流 输入信号 通过变频器内的 A D 转换电路进入 CPU 其他一些控制通过变频器内输入电路 的光耦隔离传递到 CPU 中 变频器知识大全 新手入门篇 二 2010 年 03 月 12 日 星期五 14 46 变频器工作原理 变频器主要由整流 交流变直流 滤波 再次整流 直流变交流 制动单 元 驱动单元 检测单元微处理单元等组成的 1 VVVF 改变电压 改变频率 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写 2 CVCF 恒电压 恒频率 Constant Voltage and Constant Frequency 的 缩写 各国使用的交流供电电源 无论是用于家庭还是用于工厂 其电压和频率均为 200V 60Hz 50Hz 或 100V 60Hz 50Hz 等等 通常 把电压和频率固定不 变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作 变频器 为了产生 可变的电压和频率 该设备首先要把电源的交流电变换为直流电 DC 把直 流电 DC 变换为交流电 AC 的装置 其科学术语为 inverter 逆变器 由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫 inverter 故该产 品本身就被命名为 inverter 即 变频器 变频器也可用于家电产品 使 用变频器的家电产品中不仅有电机 例如空调等 还有荧光灯等产品 用于电机控制的变频器 既可以改变电压 又可以改变频率 但用于荧光灯的 变频器主要用于调节电源供电的频率 汽车上使用的由电池 直流电 产生交 流电的设备也以 inverter 的名称进行出售 变频器的工作原理被广泛应用 于各个领域 例如计算机电源的供电 在该项应用中 变频器用于抑制反向电 压 频率的波动及电源的瞬间断电 1 电机的旋转速度为什么能够自由地改变 1 r min 电机旋转速度单位 每分钟旋转次数 也可表示为 rpm 例如 2 极电机 50Hz 3000 r min 4 极电机 50Hz 1500 r min 结论 电机的旋转速度同频率成比例 本文中所指的电机为感应式交流电机 在工业中所使用的大部分电机均为 此类型电机 感应式交流电机 以后简称为电机 的旋转速度近似地确决于电 机的极数和频率 由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的 由于该极 数值不是一个连续的数值 为 2 的倍数 例如极数为 2 4 6 所以一般不适 和通过改变该值来调整电机的速度 另外 频率能够在电机的外面调节后再供给电机 这样电机的旋转速 度就可以被自由的控制 因此 以控制频率为目的的变频器 是做为电机调速设备的优选设备 n 60f p n 同步速度 f 电源频率 p 电机极对数 结论 改变频率和电压是最优的电机控制方法 如果仅改变频率而不改变电压 频率降低时会使电机出于过电压 过励磁 导致电机可能被烧坏 因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压 输出频率在额定频率以上时 电压却不可以继续增加 最高只能是等于电机的 额定电压 例如 为了使电机的旋转速度减半 把变频器的输出频率从 50Hz 改变到 25Hz 这时变频器的输出电压就需要从 400V 改变到约 200V 2 当电机的旋转速度 频率 改变时 其输出转矩会怎样 1 工频电源 由电网提供的动力电源 商用电源 2 起动电流 当电机开始运转时 变频器的输出电流 变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动 电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大 而当使用变频器供电时 这些冲击就要弱一些 工频直接起动会产生一个大的起动起动电流 而当使用 变频器时 变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的 所以电机起动电流 和冲击要小些 通常 电机产生的转矩要随频率的减小 速度降低 而减小 减小的 实际数据在有的变频器手册中会给出说明 通过使用磁通矢量控制的变频器 将改善电机低速时转矩的不足 甚 至在低速区电机也可输出足够的转矩 3 当变频器调速到大于 50Hz 频率时 电机的输出转矩将降低 通常的电机是按 50Hz 电压设计制造的 其额定转矩也是在这个电压范 围内给出的 因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速 T Te P60Hz 时 X 会相应减小 对于电机来说 T K I X K 常数 I 电流 X 磁通 因此转矩 T 会 跟着磁通 X 减小而减小 同时 小于 50Hz 时 由于 I R 很小 所以 U f E f 不变时 磁通 X 为常数 转矩 T 和电流成正比 这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描 述其过载 转矩 能力 并称为恒转矩调速 额定电流不变 最大转矩不变 结论 当变频器输出频率从 50Hz 以上增加时 电机的输出转矩会减小 5 其他和输出转矩有关的因素 发热和散热能力决定变频器的输出电流能力 从而影响变频器的输出转矩 能力 载波频率 一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率 最高环境温 度下能保证持续输出的数值 降低载波频率 电机的电流不会受到影响 但元 器件的发热会减小 环境温度 就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流 值 海拔高度 海拔高度增加 对散热和绝缘性能都有影响 一般 1000m 以下可 以不考虑 以上每 1000 米降容 5 就可以了 6 矢量控制是怎样改善电机的输出转矩能力的 1 转矩提升 此功能增加变频器的输出电压 主要是低频时 以补偿定子电阻上 电压降引起的输出转矩损失 从而改善电机的输出转矩 改善电机低速输出转矩不足的技术 使用 矢量控制 可以使电机在低速 如 无速度传感器时 1Hz 对 4 极电机 其转速大约为 30r min 时的输出转矩可以达到电机在 50Hz 供电输出 的转矩 最大约为额定转矩的 150 对于常规的 V F 控制 电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加 这就导致由于励磁不足 而使电机不能获得足够的旋转力 为了补偿这个不足 变频器中需要通过提高电压 来补偿电机速度降低而引起的电压降 变频器的 这个功能叫做 转矩提升 1 转矩提升功能是提高变频器的输出电压 然而即使提高很多输出电压 电机转矩并不能和其电流相对应的提高 因为电机电流包含电机产生的转矩分 量和其它分量 如励磁分量 矢量控制 把电机的电流值进行分配 从而确定产生转矩的电机电流 分量和其它电流分量 如励磁分量 的数值 矢量控制 可以通过对电机端的电压降的响应 进行优化补偿 在不 增加电流的情况下 允许电机产出大的转矩 此功能对改善电机低速时温升也 有效 7 变频器制动的情况 1 制动的概念 指电能从电机侧流到变频器侧 或供电电源侧 这时电机的 转速高于同步转速 负载的能量分为动能和势能 动能 由速度和重量确定其大 小 随着物体的运动而累积 当动能减为零时 该事物就处在停止状态 机械 抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉 对于变频器 如果输出频率降低 电机转速将跟随频率同样降低 这时会产生 制动过程 由制动产生的功率将返回到变频器侧 这些功率可以用电阻发热消 耗 在用于提升类负载 在下降时 能量 势能 也要返回到变频器 或电源 侧 进行制动 这种操作方法被称作 再生制动 而该方法可应用于变频器制动 在 减速期间 产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉 而是把能量返回送到 变频器电源侧的方法叫做 功率返回再生方法 在实际中 这种应用需要 能量 回馈单元 选件 怎样提高制动能力 为了用散热来消耗再生功率 需要在变频器侧安装制动电阻 为了改善制动能 力 不能期望靠增加变频器的容量来解决问题 请选用 制动电阻 制动单元 或 功率再生变换器 等选件来改善变频器的制动容量 8 关于冷却风扇 一般功率稍微大一点的变频器 都带有冷却风扇 同时 也建议在控制柜上出 风口安装冷却风扇 进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜 注意控制柜和变 频器上的风扇都是要的 不能谁替代谁 其他关于散热的问题 1 在海拔高于 1000m 的地方 因为空气密度降低 因此应加大柜子的冷却 风量以改善冷却效果 理论上变频器也应考虑降容 1000m 每 5 但由于实际 上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大 所以也要 看具体应用 比方说在 1500m 的地方 但是周期性负载 如电梯 就不必要降 容 2 开关频率 变频器的发热主要来自于 IGBT IGBT 的发热有集中在开 和关的瞬间 因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了 有的厂家宣 称降低开关频率可以扩容 就是这个道理 变频器电路原理图 新手入门 三 2010 年 03 月 12 日 星期五 14 48 一 变频器开关电源电路 变频器开关电源主要包括输入电网滤波器 输入整流滤波器 变换器 输出整 流滤波器 控制电路 保护电路 我们公司产品开关电源电路如下图 是由 UC3844 组成的开关电路 开关电源主要有以下特点 1 体积小 重量轻 由于没有工频变频器 所以体积和重量吸有线性电源的 20 30 2 功耗小 效率高 功率晶体管工作在开关状态 所以晶体管的上功耗小 转 化效率高 一般为 60 70 而线性电源只有 30 40 二 二极管限幅电路 限幅器是一个具有非线性电压传输特性的运放电路 其特点是 当输入信号电 压在某一范围时 电路处于线性放大状态 具有恒定的放大倍数 而超出此范 围 进入非线性区 放大倍数接近于零或很低 在变频器电路设计中要求也是 很高的 要做一个好的变频器维修技术员 了解它也相当重要 1 二极管并联限幅器电路图如下所示 2 二极管串联限幅电路如下图所示 三 变频器控制电路组成 如图 1 所示 控制电路由以下电路组成 频率 电压的运算电路 主电路的电 压 电流检测电路 电动机的速度检测电路 将运算电路的控制信号进行放大 的驱动电路 以及逆变器和电动机的保护电路 在图 1 点划线内 无速度检测电路为开环控制 在控制电路增加了速度检测电 路 即增加速度指令 可以对异步电动机的速度进行控制更精确的闭环控制 1 运算电路将外部的速度 转矩等指令同检测电路的电流 电压信号进行 比较运算 决定逆变器的输出电压 频率 2 电压 电流检测电路 与主回路电位隔离检测电压 电流等 3 驱动电路 为驱动主电路器件的电路 它与控制电路隔离使主电路器件导通 关断 4 I 0 输入输出电路 为了变频器更好人机交互 变频器具有多种输入信号的输入 比如运行 多段速度运行等 信号 还有各种内部参数的输出 比如电流 频率 保护动作 驱动等 信号 5 速度检测电路 以装在异步电动轴机上的速度检测器 TG PLG 等 的信号为速度信号 送 入运算回路 根据指令和运算可使电动机按指令速度运转 6 保护电路 检测主电路的电压 电流等 当发生过载或过电压等异常时 为了防止逆 变器和异步电动机损坏 使逆变器停止工作或抑制电压 电流值 逆变器控制电路中的保护电路 可分为逆变器保护和异步电动机保护两种 保护功能如下 四 变频器的 HCPL 316J 特性 HCPL 316J 是由 Agilent 公司生产的一种 IGBT 门极驱动光耦合器 其内部 集成集电极发射极电压欠饱和检测电路及故障状态反馈电路 为驱动电路的可 靠工作提供了保障 其特性为 兼容 CMOS TYL 电平 光隔离 故障状态反馈 开关时间最大 500ns 软 IGBT 关断 欠饱和检测及欠压锁定保护 过流保 护功能 宽工作电压范围 15 30V 用户可配置自动复位 自动关闭 DSP 与 该耦合器结合实现 IGBT 的驱动 使得 IGBT VCE 欠饱和检测结构紧凑 低成本 且易于实现 同时满足了宽范围的安全与调节需要 HCPL 316J 保护功能的实现 HCPL 316J 内置丰富的 IGBT 检测及保护功能 使驱动电路设计起来更加方 便 安全可靠 其中下面详述欠压锁定保护 UVLO 和过流保护两种保护功能的 工作原理 1 IGBT 欠压锁定保护 UVLO 功能 在刚刚上电的过程中 芯片供电电压由 0V 逐渐上升到最大值 如果此时芯 片有输出会造成 IGBT 门极电压过低 那么它会工作在线性放大区 HCPL316J 芯 片的欠压锁定保护的功能 UVLO 可以解决此问题 当 VCC 与 VE 之间的电压值小 于 12V 时 输出低电平 以防止 IGBT 工作在线性工作区造成发热过多进而烧毁 示意图详见图 1 中含 UVLO 部分 图 1 HCPL 316J 内部原理图 2 IGBT 过流保护功能 HCPL 316J 具有对 IGBT 的过流保护功能 它通过检测 IGBT 的导通压降来实 施保护动作 同样从图上可以看出 在其内部有固定的 7V 电平 在检测电路工 作时 它将检测到的 IGBT C E 极两端的压降与内置的 7V 电平比较 当超过 7V 时 HCPL 316J 芯片输出低电平关断 IGBT 同时 一个错误检测信号通过片内 光耦反馈给输入侧 以便于采取相应的解决措施 在 IGBT 关断时 其 C E 极 两端的电压必定是超过 7V 的 但此时 过流检测电路失效 HCPL 316J 芯片不 会报故障信号 实际上 由于二极管的管压降 在 IGBT 的 C E 极间电压不到 7V 时芯片就采取保护动作 整个电路板的作用相当于一个光耦隔离放大电路 它的核心部分是芯片 HCPL 316J 其中由控制器 DSP TMS320F2812 产生 XPWM1 及 XCLEAR 信号输出给 HCPL 316J 同时 HCPL 316J 产生的 IGBT 故障信号 FAULT 给控制器 同时在芯 片的输出端接了由 NPN 和 PNP 组成的推挽式输出电路 目的是为了提高输出电流 能力 匹配 IGBT 驱动要求 当 HCPL 316J 输出端 VOUT 输出为高电平时 推挽电路上管 T1 导通 下管 T2 截止 三端稳压块 LM7915 输出端加在 IGBT 门极 VG1 上 IGBT VCE 为 15V IGBT 导通 当 HCPL 316J 输出端 VOUT 输出为低电平时 上管 T1 截止 下管 T1 导通 VCE 为 9V IGBT 关断 以上就是 IGBT 的开通关断过程 一 先来了解模电和数电的区别一 先来了解模电和数电的区别 很多刚进入电子行业 自动化行业的人士对模似电子电路和数字电子电路存在 一些疑惑 由其是刚进这行的人更是不明了 当然在接触变频器维修与维护时 肯定要熟悉 所谓模似电子电路实际是相对数字电子电路而言 模电 一般指频率在百兆 HZ 以下 电压在数十伏以内的模似信号以及对此信号 的分析 处理及相关器件的运用 百兆 HZ 以上的信号属于高频电子电路范畴 百伏以上的信号属于强电或高压电范畴 数电 一般指通过数字逻辑和计算去分析 处理信号 数字逻辑电路的构成以 及运用 数电的输入和输出端一般由模电组成 构成数电的基本逻辑元素就是模电中三 级管饱和特性和截止特性 由于数电可大规模集成 可进行复杂的数学运算 对温度 干扰 老化等参数 不敏感 因此是今后的发展方向 但现实世界中信息都是模似信息 光线 无 线电 热 冷等 模电是不可能淘汰的 但就一个系统而言模电部分可能会 减少 理想构成为 模似输入 AD 采样 数字化 数字处理 DA 转换 模似输出 二 运放与比较器的区别二 运放与比较器的区别 运算放大器与专用比较器在变频器主控板的控电路中比较常见 它的作用也 不用我去形容了 做这行的都比我清楚 1 运放可以连接成为比较输出 比较器就是比较 那么市面上为何单独出售 两种产品 他们有相同和不同之处是什么呢 2 比较器输出一般是 OC 便于电平转换 比较器没有频补 SLEW RATE 比同级 运放大 但接成放大器易自激 比较器的开环增益比一般放大器高很多 因此比较器正负端小的差异就引起输 出端变化 3 频响是一方面 另处运放当比较器时输出不稳定 不一定能满足后级逻辑 电路的要求 4 比较器为集电极开路输出 容易输出 TTL 电平 而运放有饱和压降 使用 不便 关于运算放大器与专用比较器的区别可分为以下几点 1 比较器的翻转速度快 大约在 NS 数量级 而运放翻转速度一般为 US 数量 级 特殊高速运放除外 2 运放可以输入负反馈电路 而比较器不能使用负反馈 虽然比较器也有同 相和反相两个输入端 便因为其内部没有相位补偿电路 如果输入负反馈 电路不能稳定工作 内部无相位补偿电路 这也是比较器比运放速度快的原 因 3 运放输入初级一般采用推挽电路 双极性输出 而多数比较器输出极为集 电级开路结构 所以需要上拉电阻 单极性输出 容易和数字电路连接 三 肖特基二极管和快恢复二极管又什么区别三 肖特基二极管和快恢复二极管又什么区别 快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管 5us 以下 工艺上多采用掺金措施 结构上有采用 PN 结型结构 有的采用改进的 PIN 结构 其正向压降高于普通二极管 1 2V 反向耐压多在 1200V 以下 从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级 前者反向 恢复时间为数百纳秒或更长 后者则在 100 纳秒以下 肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管 简称肖特基 二极管 Schottky Barrier Diode 具有正向压降低 0 4 0 5V 反向恢 复时间很短 10 40 纳秒 而且反向漏电流较大 耐压低 一般低于 150V 多用于低电压场合 这两种管子通常用于开关电源 肖特基二极管和快恢复二极管区别 前者的恢复时间比后者小一百倍左右 前者的反向恢复时间大约为几纳秒 前者的优点还有低功耗 大电流 超高速 电气特性当然都是二极管阿 快恢复二极管在制造工艺上采用掺金 单纯的扩散等工艺 可获得较高的开关速 度 同时也能得到较高的耐压 目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流 元件 肖特基二极管 反向耐压值较低 40V 50V 通态压降 0 3 0 6V 小于 10nS 的反 向恢复时间 它是具有肖特基特性的 金属半导体结 的二极管 其正向起始 电压较低 其金属层除材料外 还可以采用金 钼 镍 钛等材料 其半导体 材料采用硅或砷化镓 多为 N 型半导体 这种器件是由多数载流子导电的 所 以 其反向饱和电流较以少数载流子导电的 PN 结大得多 由于肖特基二极管中 少数载流子的存贮效应甚微 所以其频率响仅为 RC 时间常数限制 因而 它是 高频和快速开关的理想器件 其工作频率可达 100GHz 并且 MIS 金属 绝缘 体 半导体 肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管 快恢复二极管 有 0 8 1 1V 的正向导通压降 35 85nS 的反向恢复时间 在 导通和截止之间迅速转换 提高了器件的使用频率并改善了波形 快恢复二极 管在制造工艺上采用掺金 单纯的扩散等工艺 可获得较高的开关速度 同时也能 得到较高的耐压 目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件 四 变频器用四 变频器用 电解电容在电路中的作用电解电容在电路中的作用 1 滤波作用 在电源电路中 整流电路将交流变成脉动的直流 而在整流电路 之后接入一个较大容量的电解电容 利用其充放电特性 使整流后的脉动直流 电压变成相对比较稳定的直流电压 在实际中 为了防止电路各部分供电电压 因负载变化而产生变化 所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数 十至数百微法的电解电容 由于大容量的电解电容一般具有一定的电感 对高 频及脉冲干扰信号不能有效地滤除 故在其两端并联了一只容量为 0 001 0 lpF 的电容 以滤除高频及脉冲干扰 2 耦合作用 在低频信号的传递与放大过程中 为防止前后两级电路的静态工 作点相互影响 常采用电容藕合 为了防止信号中韵低频分量损失过大 一般 总采用容量较大的电解电容 二 电解电容的判断方法 电解电容常见的故障有 容量减少 容量消失 击穿短路及漏电 其中容量变 化是因电解电容在使用或放置过程中其内部的电解液逐渐干涸引起 而击穿与 漏电一般为所加的电压过高或本身质量不佳引起 判断电源电容的好坏一般采 用万用表的电阻档进行测量 具体方法为 将电容两管脚短路进行放电 用万 用表的黑表笔接电解电容的正极 红表笔接负极 对指针式万用表 用数字式万 用表测量时表笔互调 正常时表 针应先向电阻小的方向摆动 然后逐渐返回直至无穷大处 表针的摆动幅度越 大或返回的速度越慢 说明电容的容量越大 反之则说明电容的容量越小 如 表针指在中间某处不再变化 说明此电容漏电 如电阻指示值很小或为零 则 表明此电容已击穿短路 因万用表使用的电池电压一般很低 所以在测量低耐 压的电容时比较准确 而当电容的耐压较高时 打时尽管测量正常 但加上高 压时则有可能发生漏电或击穿现象 三 电解电容的使用注意事项 1 电解电容由于有正负极性 因此在电路中使用时不能颠倒联接 在电源电路 中 输出正电压时电解电容的正极接电源输出端 负极接地 输出负电压时则 负极接输出端 正极接地 当电源电路中的滤波电容极性接反时 因电容的滤 波作用大大降低 一方面引起电源输出电压波动 另一方面又因反向通电使此 时相当于一个电阻的电解电容发热 当反向电压超过某值时 电容的反向漏电 电阻将变得很小 这样通电工作不久 即可使电容因过热而炸裂损坏 2 加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压 在设计实际电路时应根 据具体情况留有一定的余量 在设计稳压电源的滤波电容时 如果交流电源电 压为 220 时变压器次级的整流电压可达 22V 此时选择耐压为 25V 的电解电容 一般可以满足要求 但是 假如交流电源电压波动很大且有可能上升到 250V 以 上时 最好选择耐压 30V 以上的电解电容 3 电解电容在电路中不应靠近大功率发热元件 以防因受热而使电解液加速干 涸 4 对于有正负极性的信号的滤波 可采取两个电解电容同极性串联的方法 当 作一个无极性的电容 五 色环电阻估算五 色环电阻估算 为了使广大的初学者能够迅速地算出色环电阻的阻值 笔者根据实践经验总结 出速算色环电阻的 顺口溜 献给广大的初学者 现在常用的色环电阻多为四环电阻 也有少数是五环电阻 而且五环电阻 属于精密电阻 误差很小 两种 色环电阻的表示方法见图 1 举例说明见图 2 其包环含义见附表 以下是以四环电阻为例的速算 顺口溜 但也同样适用于五环电阻值的 计算 色环电阻是四环 橙为十千黄百千 一环二环数相连 绿色环为兆欧级 棕 1 红 2 橙是 3 蓝紫灰白依次排 黄 4 绿 5 蓝为 6 阻值误差百分算 紫 7 灰 8 白是 9 差多差少看四环 黑是 O 来不用算 紫点 1 来蓝点 2 阻值范围三环定 绿点 5 来记心间 几点几欧金银环 棕 l 红 2 金是 5 黑十棕百红为千 无色 20 银减半 顺口溜 中 一环二环数相连 表示两个数为连写 如一环为棕色 二 环为红色 即写为 12 黑是 O 来不用算 表示数值色环如果 为黑环可直接写成 O 如绿 黑环直接写为 50 阻值范围三环定 几点几欧 金银环 指的是该电阻的阻值大小由三环决定 并且第三环是金 银环的 说 明该电阻的阻值范围在几点几欧内 如绿 棕 金环为 5 1Q 而绿 棕 银则 为 O 51 黑十棕百红为千 是指电阻第三环为黑环时 该电阻的阻值在几 十欧以内 棕色环时其阻值在几百欧以内 红色环时阻值在几千欧以内 如橙 橙 黑为 33 橙 橙 棕为 330 而橙 橙 红则为 3300 以此类推 阻值误差百分算 差多差少看四环 是指色环电阻的误差是用百分数来计算 的 其误差多少要看第四环的颜色来确定 如颜色为金色 则该电阻的误差是 5 无色环为 20 银色环的则为 10 上述三种误差适用于四环电阻 而五环电阻的误差是看第五道环 其中紫环的误差为 o 1 蓝环误差为 0 2 绿环误差为 O 5 棕环误差为 1 红环误差为 2 六 发光二极管的好坏测试六 发光二极管的好坏测试 测试发光二极管的好坏 可以按照测试普通硅二极管正反向电阻的方法测试 指钟式万用表拨在 R 100 或 R 1K 档 用黑表笔接发光二极管正极 红表笔接负极 测得正向电阻应在 20 40K 用黑表笔接发光二极管负极 红表笔接正极 测得反向电阻应大于 500K 以上 用数字式万用表拨在二极管档 黑表笔接发光二极管正极 红表笔接负极 阻 值为无穷大 黑表笔接发光二极管负极 红表笔接正极 发光二极管会有微亮 表示正常 测式方法如图 七 变频器用七 变频器用 压敏电阻基础知识压敏电阻基础知识 1 什么是 压敏电阻 压敏电阻是中国大陆的名词 意思是 在一定电流电压范围内电阻值随电 压而变 或者是说 电阻值对电压敏感 的阻器 相应的英文名称叫 Voltage Dependent Resistor 简写为 VDR 压敏电阻器的电阻体材料是半导体 所以它是半导体电阻器的一个品种 现在大量使用的 氧化锌 ZnO 压敏电阻器 它的主体材料有二价元素 Zn 和六价元素氧 O 所构成 所以从材料的角度来看 氧化锌压敏电阻器是一种 族氧化物半导体 在中国台湾 压敏电阻器是按其用途来命名的 称为 突波吸收器 压敏 电阻器按其用途有时也称为 电冲击 浪涌 抑制器 吸收器 2 压敏电阻电路的 安全阀 作用 压敏电阻有什么用 压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的 阀值 UN 时 流过它的电流极小 相当于一只关死的阀门 当电压超过 UN 时 流过它的电流激增 相当于阀门打开 利用这一功能 可以抑制电路中经常出 现的异常过电压 保护电路免受过电压的损害 3 应用类型 不同的使用场合 应用压敏电阻的目的 作用在压敏电阻上的电压 电流应力并不相同 因而对压敏电阻的要求也不相同 注意区分这种差异 对于正确使用是十分重要的 3 2 电路功能用压敏电阻 压敏电阻主要应用于瞬态过电压保护 但是它的类似于半导体稳压管的伏安特 性 还使它具有多种电路元件功能 例如可用作 1 直流高压小电流稳压元件 其稳定电压可高达数千伏以上 这是硅稳压管 无法达到的 2 电压波动检测元件 3 直流电瓶移位元件 4 均压元件 5 荧光启动元件 4 保护用压敏电阻的基本性能 1 保护特性 当冲击源的冲击强 或冲击电流 Isp Usp Zs 不超过规定值时 压敏电阻的限制电压不允许超过被保护对象所能承受的冲击耐电压 Urp 2 耐冲击特性 即压敏电阻本身应能承受规定的冲击电流 冲击能量 以及 多次冲击相继出现时的平均功率 3 寿命特性有两项 一是连续工作电压寿命 即压敏电阻在规定环境温度和 系统电压条件应能可靠地工作规定的时间 小时数 二是冲击寿命 即能可 靠地承受规定的冲击的次数 4 压敏电阻介入系统后 除了起到 安全阀 的保护作用外 还会带入一些附 加影响 这就是所谓 二次效应 它不应降低系统的正常工作性能 这时要考 虑的因素主要有三项 一是压敏电阻本身的电容量 几十到几万 PF 二是在 系统电压下的漏电流 三是压敏电阻的非线性电流通过源阻抗的耦合对其他电 路的影响 八 什么是电八 什么是电压压 河水之所以能够流动 是因为有水位差 电荷之所以能够流动 是因为有电 位差 电位差也就是电压 电压是形成电流的原因 在电路中 电压常用 U 表 示 电压的单位是伏 V 也常用毫伏 mV 或者微伏 uV 做单位 1V 1000mV 1mV 1000uV 电压可以用电压表测量 测量的时候 把电压表并联在电路上 要选择电 压表指针接近满偏转的量程 如果电路上的电压大小估计不出来 要先用大的 量程 粗略测量后再用合适的量程 这样可以防止由于电压过大而损坏电压表 九 欧姆定律九 欧姆定律 导体中的电流 I 和导体两端的电压 U 成正比 和导体的电阻 R 成反比 即 I U R 这个规律叫做欧姆定律 如果知道电压 电流 电阻三个量中的两个 就可以 根据欧姆定律求出第三个量 即 I U R R U I U I R 在交流电路中 欧姆定律同样成立 但电阻 R 应该改成阻抗 Z 即 I U Z 其它的解析 奥姆 是电阻值的计量单位 在国际单位制中是由电流所推导出的一种单位 其记号是希腊字母 在此念做 Ohm 其命名是来自于德国的物理学家 Georg Ohm 他发现了电压和电流之间的关系 这个关系式也被称为欧姆定律 十 什么是十 什么是负载负载 把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载 电动机能把电能转换成机械能 电阻能把电能转换成热能 电灯泡能把电能转换成热能和光能 扬声器能把电 能转换成声能 电动机 电 阻 电灯泡 扬声器等都叫做负载 晶体三极管对于前面的信号源来说 也可 以看作是负载 十一 什么是红外线十一 什么是红外线 在红光以外的 肉眼看不见的 具有热效应的光线称为红外线 是波长比可见光还要长 肉眼看不见的光段 红外线是太阳光线中众多不可见光 线中的一种 由德国科学家霍胥尔于 1800 年发现 又称为红外热辐射 太阳光 谱上红外线的波长大于可见光线 波长为 0 75 1000 m 红外线可分为三部分 即近红外线 波长为 0 75 1 50 m 之间 中红外线 波长为 1 50 6 0 m 之 间 远红外线 波长为 6 0 l000 m 之间 变频器维修 新手入门 五 常用元器件识别 2010 年 03 月 12 日 星期五 14 56 一 电阻一 电阻 二 电容二 电容 1 三 晶体二极管三 晶体二极管 四 稳压二极管四 稳压二极管 五 电感五 电感 电感在电路中常用 L 加数字表示 如 L6 表示编号为 6 的电感 电感线圈是将绝缘的导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数制成 直流可通过线圈 直流电阻就是导线本身的电阻 压降很小 当交流信号通过 线圈时 线圈 两端将会产生自感电动势 自感电动势的方向与外加电压的方向相反 阻碍交 流的通过 所 以电感的特性是通直流阻交流 频率越高 线圈阻抗越大 电感在电路中可与 电容组成振荡 电路 电感一般有直标法和色标法 色标法与电阻类似 如 棕 黑 金 金表示 1uH 误差 5 的电感 电感的基本单位为 亨 H 换算单位有 1H 103mH 106uH 稳压二极管在电 路中常用 ZD 加数字表示 如 ZD5 表示编号为 5 的稳压管 1 稳压二极管的稳压原理 稳压二极管的特点就是击穿后 其两端的电压基本 保持不变 这样 当把稳压管接入电路以后 若由于电源电压发生波动 或其它原因造成 电路中各点电 压变动时 负载两端的电压将基本保持不变 2 故障特点 稳压二极管的故障主要表现在开路 短路和稳压值不稳定 在这 3 种故障中 前一种故障表现出电源电压升高 后 2 种故障表现为电源电压变低到零伏或输 出不稳定 常用稳压二极管的型号及稳压值如下表 型 号 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751 1N4761 稳压值 3 3V 3 6V 3 9V 4 7V 5 1V 5 6V 6 2V 15V 27V 30V 75V 晶体二极管在 电路中常用 D 加数字表示 如 D5 表示编号为 5 的二极管 1 作用 二极管的主要特性是单向导电性 也就是在正向电压的作用下 导通 电阻很小 而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大 正因为二极管具有上述特性 无 绳电话机中常 把它用在整流 隔离 稳压 极性保护 编码控制 调频调制和静噪等电路中 电话机里使用的晶体二极管按作用可分为 整流二极管 如 1N4004 隔离二 极管 如 1N4148 肖特基二极管 如 BAT85 发光二极管 稳压二极管等 2 识别方法 二极管的识别很简单 小功率二极管的 N 极 负极 在二极管 外表大多采用 一种色圈标出来 有些二极管也用二极管专用符号来表示 P 极 正极 或 N 极 负极 也有 采用符号标志为 P N 来确定二极管极性的 发光二极管的正负极可从 引脚长短来识 别 长脚为正 短脚为负 3 测试注意事项 用数字式万用表去测二极管时 红表笔接二极管的正极 黑 表笔接二极 管的负极 此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值 这与指针式万用表的 表笔接法刚好 相反 4 常用的 1N4000 系列二极管耐压比较如下 型号 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 耐压 V 50 100 200 400 600 800 1000 电流 A 均为 1 电容在电路中一般用 C 加数字表示 如 C13 表示编号为 13 的电容 电容是由两片金 属膜紧靠 中间用绝缘材料隔开而组成的元件 电容的特性主要是隔直流通交 流 电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小 电容对交流信号的阻碍作用称为 容抗 它与交 流信号的频率和电容量有关 容抗 XC 1 2 f c f 表示交流信号的频率 C 表示电容容量 电话机中常用电容的种类有电解电容 瓷片电容 贴片电容 独石电容 钽电 容和涤纶电容 等 2 识别方法 电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同 分直标法 色标法 和数标法 3 种 电容的基本单位用法拉 F 表示 其它单位还有 毫法 mF 微法 uF 纳法 nF 皮法 pF 其中 1 法拉 103 毫法 106 微法 109 纳法 1012 皮法 容量大的电容其容量值在电容上直接标明 如 10 uF 16V 容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示 字母表示法 1m 1000 uF 1P2 1 2PF 1n 1000PF 数字表示法 一般用三位数字表示容量大小 前两位表示有效数字 第三位数 字是倍率 如 102 表示 10 102PF 1000PF 224 表示 22 104PF 0 22 uF 3 电容容量误差表 符 号 F G J K L M 允许误差 1 2 5 10 15 20 如 一瓷片电容为 104J 表示容量为 0 1 uF 误差为 5 电阻在电路中用 R 加数字表示 如 R1 表示编号为 1 的电阻 电阻在电路中的主要作用为 分流 限流 分压 偏置等 1 参数识别 电阻的单位为欧姆 倍率单位有 千欧 K 兆欧 M 等 换算 方法是 1 兆欧 1000 千欧 1000000 欧 电阻的参数标注方法有 3 种 即直标法 色标法和数标法 a 数标法主要用于贴片等小体积的电路 如 472 表示 47 100 即 4 7K 104 则表示 100K b 色环标注法使用最多 现举例如下 四色环电阻 五色环电阻 精密电阻 2 电阻的色标位置和倍率关系如下表所示 颜色 有效数字 倍率 允许偏差 银色 x0 01 10 金色 x0 1 5 黑色 0 0 棕色 1 x10 1 红色 2 x100 2 橙色 3 x1000 黄色 4 x10000 绿色 5 x100000 0 5 蓝色 6 x1000000 0 2 紫色 7 x10000000 0 1 灰色 8 x100000000 白色 9 x1000000000 一 固定电容器的检测 1 检测10pF以下的小电容 因10pF以下的固定电容器容量太小 用 万用表进行测量 只能定性的检查其是否有漏电 内部短路或击穿现 象 测量时 可选用万用表R 10k挡 用两表笔分别任意接电容的两个 引脚 阻值应为无穷大 若测出阻值 指针向右摆动 为零 则说明电容 漏电损坏或内部击穿 2 1 用手轻轻旋动转轴 应感觉十分平滑 不应感觉有时松时紧甚至 有卡滞现象 将载轴向前 后 上 下 左 右等各个方向推动时 转轴不应有松动的现象 2 用一只手旋动转轴 另一只手轻摸动片组的外缘 不应感觉有 任何松脱现象 转轴与动片之间接触不良的可变电容器 是不能再继 续使用的 3 将万用表置于R 10k挡 一只手将两个表笔分别接可变电容器的 动片和定片的引出端 另一只手将转轴缓缓旋动几个来回 万用表指 针都应在无穷大位置不动 在旋动转轴的过程中 如果指针有时指向 零 说明动片和定片之间存在短路点 如果碰到某一角度 万用表读 数不为无穷大而是出现一定阻值 说明可变电容器动片与定片之间存 在漏电现象 二 电感器 变压器检测二 电感器 变压器检测 一 色码电感器的的检测 将万用表置于 R 1 挡 红 黑表笔各接色码电感器的任一引出端 此时指针应向 右摆动 根据测出的电阻值大小 可具体分下述三种情况进行鉴别 1 被测色码电感器电阻值为零 其内部有短路性故障 2 被测色码电感器直流电阻值的大小与绕制电感器线圈所用的漆包线径 绕制圈数 有直接关系 只要能测出电阻值 则可认为被测色码电感器是正常的 二 中周变压器的检测 1 将万用表拨至 R 1 挡 按照中周变压器的各绕组引脚排列规律 逐一检查各绕 组的通断情况 进而判断其是否正常 2 检测绝缘性能 将万用表置于 R 10k 挡 做如下几种状态测试 1 初级绕组与次级绕组之间的电阻值 2 初级绕组与外壳之间的电阻值 3 次级绕组与外壳之间的电阻值 上述测试结果分出现三种情况 1 阻值为无穷大 正常 2 阻值为零 有短路性故障 3 阻值小于无穷大 但大于零 有漏电性故障 三 电源变压器的检测 1 通过观察变压器的外貌来检查其是否有明显异常现象 如线圈引线是否断裂 脱 焊 绝缘材料是否有烧焦痕迹 铁心紧固螺杆是否有松动 硅钢片有无锈蚀 绕组线圈 是否有外露等 2 绝缘性测试 用万用表 R 10k 挡分别测量铁心与初级 初级与各次级 铁心与 各次级 静电屏蔽层与衩次级 次级各绕组间的电阻值 万用表指针均应指在无穷大位 置不动 否则 说明变压器绝缘性能不良 3 线圈通断的检测 将万用表置于 R 1 挡 测试中 若某个绕组的电阻值为无穷 大 则说明此绕组有断路性故障 4 判别初 次级线圈 电源变压器初级引脚和次级引脚一般都是分别从两侧引出的 并且初级绕组多标有 220V 字样 次级绕组则标出额定电压值 如 15V 24V 35V 等 再根据这些标记进行识别 5 空载电流的检测 a 直接测量法 将次级所有绕组全部开路 把万用表置于交流电流挡 500mA 串入初级绕组 当初级绕组的插头插入 220V 交流市电时 万用表所指示的便是空载电 流值 此值不应大于变压器满载电流的 10 20 一般常见电子设备电源变压器的 正常空载电流应在 100mA 左右 如果超出太多 则说明变压器有短路性故障 b 间接测量法 在变压器的初级绕组中串联一个 10 5W 的电阻 次级仍全部空 载 把万用表拨至交流电压挡 加电后 用两表笔测出电阻 R 两端的电压降 U 然后用 欧姆定律算出空载电流 I 空 即 I 空 U R F 空载电压的检测 将电源变压器的初级接 220V 市电 用万用表交流电压接依次测出各绕组的空载电压值 U21 U22 U23 U24 应符合要求值 允许误差范围一般为 高压绕组 10 低压绕组 5 带中心 抽头的两组对称绕组的电压差应 2 G 一般小功率电源变压器允许温升为 40 50 如果所用绝缘材料质量较好 允许温升还可提高 6 检测判别各绕组的同名端 在使用电源变压器时 有时为了得到所需的次级电压 可将两个或多个次级绕组串联起来使用 采用串联法使用电源变压器时 参加串联的 各绕组的同名端必须正确连接 不能搞错 否则 变压器不能正常工作 I 电源变压器 短路性故障的综合检测判别 电源变压器发生短路性故障后的主要症状是发热严重和次 级绕组输出电压失常 通常 线圈内部匝间短路点越多 短路电流就越大 而变压器发 热就越严重 检测判断电源变压器是否有短路性故障的简单方法是测量空载电流 测试 方法前面已经介绍 存在短路故障的变压器 其空载电流值将远大于满载电流的 10 当短路严重时 变压器在空载加电后几十秒钟之内便会迅速发热 用手触摸铁心会有 烫手的感觉 此时不用测量空载电流便可断定变压器有短路点存在 检测10PF 0 01 F固定电容器是否有充电现象 进而判断其好坏 万用 表选用R 1k挡 两只三极管的 值均为100以上 且穿透电流要些 可 选用3DG6等型号硅三极管组成复合管 万用表的红和黑表笔分别与复 合管的发射极e和集电极c相接 由于复合三极管的放大作用 把被测 电容的充放电过程予以放大 使万用表指针摆幅度加大 从而便于观 察 应注意的是 在测试操作时 特别是在测较小容量的电容时 要 反复调换被测电容引脚接触A B两点 才能明显地看到万用表指针的 摆动 3 对于0 01 F以上的固定电容 可用万用表的R 10k挡直接测试 电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电 并可根据指针向右摆 动的幅度大小估计出电容器的容量 二 电解电容器的检测 1 因为电解电容的容量较一般固定电容大得多 所以 测量时 应 针对不同容量选用合适的量程 根据经验 一般情况下 1 47 F间的 电容 可用R 1k挡测