变频器电路组成及故障分析

概述 国内厂矿企业对变频器和 PLC 等工控产品的普及应用 作为企业维修人员 只是懂得接触器 继电器电路是不够的 也需 要了解变频器的调试和简单故障判断维修 可由于生产厂家技术保 密等诸多原因 变频器的维修资料和有关维修指导的书籍相对匮乏 下面从通用变频器构成和常用几种品牌故障判断排除做一介绍 变 频器是强电与弱电的有机组合 它具有强大的功能 各种完善的检 测和保护电路 控制上的智能化 微电子和电力半导体的结合运用 一 变频器主电路 变频器的主电路由整流 储能 滤波 逆变 3 个环节构成 从 RST 电源端子输入的三相 380 伏交流电压 经三相桥式整流电路整 流成 300 赫兹脉动直流 再经大容量储能电容平波和储能 输入 到由 6 只 IGBT 构成的三相逆变电源 在驱动电路的 6 路 PWM 脉 冲激励下 6 只 IGBT 按一定规律导通和截止 将直流电源逆变为 频率和电压可变的三相交流电压 输出到负载电路 注意的是在 变频器整个运行过程中 始终是两相在工作 富士 G11 P11 160 千 瓦的整流模块和逆变模块型号分别是 PD6016A 2MB1300P 140 03 二 开关电源电路 变频器的开关电源需提供以下几种电压输出 CPU 及其附属电 路 控制电路 操作显示面板的 5 伏供电 电流 电压 温度等 故障检测电路 控制电路的 15 伏供电 控制端子 工作继电器 线圈的 24 伏供电 四路相互隔离的约为 22 伏的驱动电路的供电 该四路供电往往又经稳压电路处理成 15 伏 7 5 伏的正负电源供 驱动电路 为 IGBT 逆变输出提供激励电流 IC201 3844B 是专用电 流模式振荡芯片 K1317 是场效应开关管 PC817 是光耦合器 富士 5000P11 90 千瓦开关电源输出有四路 11 3V 11 3V 和 稳压后的 5V 电压作为三相输出电压 频率检测电路的隔离工作电 源 5V 电压供 CPU 主板电路 24V 电压作为 KA1 KA2 控制继电 器的线圈供电 作为数字控制端子的控制电压 15 5V 和 13 5V 作为主板其他控制电路的供电 三 驱动电路的构成和电路原理 驱动 ICPC923 和 PC929 由 CPU 主板来的脉冲信号 经 R66 加 到 PC2 的 3 脚 在输入信号低电平期间 6 脚输出高电平信号 经 R65 为驱动后置放大电路的 Q10 提供正向偏流 Q10 的导通将正 供电电压经栅极电阻 R91 引入到 IGBT 的 G 极 IGBT1 导通 在输入 信号的高电平期间 6 脚转为负压输出 经 R65 为驱动后置放大电 路的 Q11 提供了正向偏流 Q11 的导通将供电的负 10 伏电压经栅 极电阻 R91 引入到 IGBT 的 G 极 IGBT 关断 在待机状态 PC2 的 3 脚输入信号一直维持在 5 伏高电平状态 则驱动电路一直输出 10 伏的截止电压 加在 CN1 触发端子上 IGBT 一直维持于可靠的 截止状态 PC923 驱动是兼有对驱动脉冲隔离放大和模块故障检测双重身份 的 四 其他电路 CPU 电路 电流电压及温度检测电路 CPU 芯片本身的损坏率是很低的在 2 以下 由于涉及到技术封 锁 如果判断芯片坏我们只能更换主板 主板故障主要发生在故 障检测电路和控制端子电路上 对故障检测电路的检修成为 CPU 主板的一个重要检修内容 电流检测电路主要有 IGBT 保护电路 对三相输出电流进行采样 监测 在直流母线上串接快速熔断器等三种保护 电压检测电路主要有直流回路电压检测 三相输入电压检测 对充电接触器的触点状态进行检测 温度检测电路主要有用温度传感器检测元件底板的检测和检测 散热风扇的工作状态 不同厂家的变频器采用的保护电路各有不同 五 变频器应用故障 变频器的故障林林总总 大致可分为参数设置和变频器实体故 障这两种 在我们维修中 首先应判断是由于设备工况发生变化 还是变频器参数发生变化 在很多情况 我们通过修改参数就可 以使设备恢复正常 对变频器各部分电路故障率的划分 主电路 能占到 40 开关电源占到 30 各类检测电路占到 15 控制 端子 CPU 及外围电路有 15 变频器有三种控制方式 面板控制 端子控制和通讯控制 应 用最多的是端子控制 变频器接线图 英威腾 故障 1 过热故障 A 富士 FRN 160G11 4CX 报 OH1 散热板过热 按 PRG 键进入菜单画面 按上下移动键进入报警信息 按 FUNC DATA 进入菜单用下移动键下选直到 TMPF 报警时散热板温 度 为 50 度 这是不可能的 感受配电室温度 2 度左右 初步判断 为温度检测电路故障 这种机型温度检测采用的是检测散热风扇 的工作状态 它有三只三线风扇安装在变频器上部 三线中有两 线是风扇正常工作的 24 伏电源线 有一根是风扇状态检测线 这 三支风扇的检测线并联在一起通过 431 光耦与 CPU 相联系 其中 有一个风扇损坏 光耦输出一个低电平给 CPU CPU 便报出 OH1 信号同时保护停机 检查发现一只风扇卡转 更换后故障排除 B IPC MD 30 千瓦加能变频回馈一体机报 PASS PASS 是旁路生效 分析旁路原因 OH 过热 检查后发现有一冷 却风机不转 更换后故障排除 此变频器有两个冷却风机 当其 中一个不转时冷却风量不足 机体温度上升到 75 度 CPU 检测到 过热停机保护 5 次后自动转到旁路运行 故障 2 深水泵电机绝缘电阻下降引起变频器过流调停 变频器是三垦 Vm05 SPF 22 起动后在升速中不断有 SC 闪过在 频率升至 30 赫兹后报 OCA 加速过电流 停机 这种故障原因通常由以下几种可能 1 负载重 2 变频器参数设置不当 3 直流回路的储能电容容量严重下降 4 电流检测电路本身故障 对应于以上可以增加加减速时间 调看直流检测电压或者用直 流电压表检测母线电压看其是否在起动过程中下降过多 用钳 形电流表检测起动电流 故障处理过程 首先增加加速时间 没起到效果 接着把直流 电压表两表笔接至母线正负端 取钳形电流表检测中相电流 起动后 发现直流电压为 556 伏略有下降 属正常 而电流表 检测到电流升至 35 安时 面板闪过 SC 电流下降 而后频率上 升 电流上升 50 安左右 报 OCA 故障停机 分析 电流检测数据说明确有过流现象 SC 是加减速电流限制 功能动作 用绝缘电阻表检测水泵电机绝缘电阻仅为 0 2 兆欧 由于电机绝缘电阻过低 在升速过程中 变频器检测电路检测 到过流 遂启用电流限制功能降低频率来降低电流 当电流超 过设定值时 报过流停机 需要注意的是 这台深水泵可以在 工频下运行 这是因为变频器输出的是高频载波 对电动机的 绝缘有更高要求 但是这台水泵也不可在工频运行 应提井检 修 故障 3 深水泵用富士 P11 30KW 不规律报 EF 接地短路 变频器接地分为负载有实质性接地和变频器检测电路故障 变频器报接地 是通过三相输出电流检测器检测到三相输出电 流 当三相矢量不为零时报接地 输出电缆过长时 由于电缆 的分布电容也会引起漏电流 电缆对地短路 电动机绕组绝缘 下降 如果霍尔检测损坏也会报出接地 故障处理 前期偶尔报 复位后又能运行几个月 最近频 繁报严重影响供水 用兆欧表检测电缆端绝缘电阻为 20 兆欧 检查报警信息有五次报接地短路 首先怀疑是误报 对变频器 实行自整定后离开 次日有报 2 次接地 更换备用变频器后 仍出现同样故障 确认原变频器没有问题 把水泵提井 才发 现在泵体位置有一根电缆绝缘破损 在运行中此点对泵体绝缘 电阻过低 电流增大 致使变频器报接地短路 主要原因是上 次下井时因为电缆护板锈蚀弃之 下井过程中电缆与井壁磨损 造成绝缘层破损 另外这个型号变频器输出端缺相时 不报故障 只是频率 不会增加 在 10 赫兹左右闪动 故障 4 安川 616G5 3 7KW 起动时电动机抖动 变频器报过 载 设备无法运行 这种故障是明显缺相或三相不平衡 用指针表直流 500 伏 档位测量三相输出端子 UVW 与直流母线 PN 端 正常情况下 UVW 对直流供电 530V 分压 也就是说 UVW 对 PN 有 260V 左右 的直流电压 比如 PU 之间所测电压远远高于 260V 甚至等于 530V 说明 T1 内部短路或导通不良 测量后发现缺相 分解变 频器后 更换六只光耦 PC923 通电测量输出端 三相平衡 对使用时间较长的机子 损坏最高的是驱动电路的滤波电容和 光耦和器 如果发现一只损坏相关部分全部更换 另外在停机 后不能运