变频器驱动电路的故障分析与维修

变频器驱动电路的故障分析与维修
交流变频调速技术是现代电力传动技术重要发展方向,随着电力电子技术,微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用,变频交流调速已逐渐取代了过去的滑差调速,变极调速,直流调速等调速系统,越来越广泛的应用于工业生产和日常生活的许多领域.
随着变频调速器的广泛应用,许多工程技术人员对它也有了相当的了解,一般通用型变频器大致包括以下几个部分:1整流电路,2直流中间电路,3逆变电路,4控制电路.而产生可调电压和可调频率的逆变电路,又应该是变频器各组成部分的核心技术.
逆变电路主要包括:逆变模块和驱动电路.由于受到加工工艺,封装技术,大功率晶体管元器件等因数的影响,目前逆变模块主要由日本(东芝,三菱,三社,富士,三肯.)及欧美(西门子,西门康,欧派克,摩托罗拉,IR)等少数厂家能够生产.现在的国产变频器用的IGBT模块一般都是进口的,主要以西门子,西门康驱动电路作为逆变电路的一部分,对变频器的三相输出有着巨大的影响. 驱动电路的设计一般有这样几种方式:1.分立插脚式元件组成的驱动电路.2.光耦驱动电路.3厚膜驱动电路.4专用集成块驱动电路等几种.
分立插脚式元件组成的驱动电路在80年代的日本和台湾变频器上被广泛使用,主要包括日本(富士:G2,G5.三肯:SVS,SVF,MF., 春日,三菱Z系列K系列等)台湾(欧林,普传,台安.)等一系列变频器。

随着大规模集成电路的发展及贴片工艺的出现,这类设计电路复杂,集成化程度低的驱动电路已逐渐被淘汰.
光耦驱动电路是现代变频器设计时被广泛采用的一种驱动电路,由于线路简单,可靠性高,开关性能好,被欧美及日本的多家变频器厂商采用.
由于驱动光耦的型号很多,所以选用的余地也很大.驱动光耦选用较多的主要由东芝的TLP系列,夏普的PC系列,惠普的HCPL系列等.以东芝TLP系列光耦为例.驱动IGBT模块主要采用的是
TLP250,TLP251两个型号的驱动光耦.对于小电流(15A)左右的模块一般采用TLP251.外围再辅以驱动电源和限流电阻等就构成了最简单的驱动电路.而对于中等电流(50A)左右的模块一般采用TLP250型号的光耦.而对于更大电流的模块, 在设计驱动电路时一般采取在光耦驱动后面再增加一级放大电路,达到安全驱动IGBT模块的目的.
厚膜驱动电路是在阻容元件和半导体技术的基础上发展起来的一种混合集成电路.它是利用厚膜技术在陶瓷基片上制作模式元件和连接导线,将驱动电路的各元件集成在一块陶瓷基片上,使之成为一个整体部件.使用驱动厚膜对于设计布线带来了很大的方便,提高了整机的可靠性和批量生产的一致性,同时也加强了技术的保密性.现在的驱动厚膜往往也集成了很多保护电路,检测电路.应该说驱动厚膜的技术含量也越来越高.
另外现在还出现了专用的集成块驱动电路,主要由IR的IR2111,IR2112,IR2113等,其它还有FUJI的EXB系列驱动厚膜，三菱的M57956,M57959等驱动厚膜.
此外,现在的一些欧美变频器在设计上采用了高频隔离变压器加入了驱动电路中(如丹佛斯VLT系列变频器).应该说通过一些高频的变压器对驱动电路的电源及信号的隔离,增强了驱动电路的可靠性,同时也有效地防止了强电部分的电路出现故障时对弱电电路的损坏.在实际的维修中我们也感觉到这种驱动电路故障率很低,大功率模块也极少出现问题.
在我们平时的日常生产使用中,大功率模块损坏是一种常见的故障现象,损坏的原因可能是多种多样的：
马达短路,对地绝缘不好,电机堵转,外部电源电压过高都有可能造成变频器大功率模块的损坏,我们在实际维修中更换大功率模块时一定要确定驱动电路的正常工作.
否则更换后很容易引起大功率模块的再次损坏.
另外我们也要了解GTR 模块和IGBT模块驱动电路的区别,两种功率模块前者为电流驱动,后者则是电压驱动.
随着电子元器件,大规模集成电路的发展,驱动电路也在不断向着高集成化方向发展,而且功能在不断扩大,性能也在不断提高.同时也对我们这些从事变频维修行业的人提出了更高的要求,以上只是
R即为耗能电阻。

在母线电压过高时，使A管导通，使母线电压下降，正常后关断。

使母线电压趋于稳定，保证主器件的安全。

(4) 当然模块炸裂的原因还有很多。

如主控芯片出现紊乱，信号干扰造成上下桥臂直通等都容易造成模块炸裂，吸收电路不好也是其直接原因，应分别情况区别对待，以期把变频器作的更好。

3.2 延时电阻烧坏
这主要是由于延时控制电路出问题造成的。

(1) 在变频器延时电路中，大多是用的晶闸管(可控硅)电路，当其不导通或性能不良时，就可造成延时电阻烧坏。

这主要是开机瞬间造成的。

(2) 在变频器运行过程当中，当控制电路出现问题，有的是由于主电路模块击穿，造成控制电路电压下降，使延时可控硅控制电路工作异常，可控硅截止使延时电阻烧坏。

也有的是控制变压器供电回路出现问题，使主控板失去电压瞬间造成晶闸管工作异常而使延时电阻烧坏。

3.3 只有频率而无输出
这种故障一般是IGBT的驱动电路受开关电源控制的电路中，当开关电源或其驱动的功率激励电路出现故障时，即会出现这种问题。

如图11所示。

图11 开关电源及其驱动电路框图
在风光变频器中，开关电源一般是选30～35V, ±15V或±12V，功率激励的输出为一方波，其幅度为±35V，频率在7kHz左右。

检测这几个电压值，用示波器测量功率激励的输出即可加以判别，如图12所示。

但更换这部分器件后，应加以调整，使驱动板上的电压符合规定值(+15V、-10V)为宜。

图12 功率激励级的输出波形
3.4 送电后面板无显示
这主要是提升机类变频器常出现的故障，因此类变频器主控板用的电源为开关电源，当其损坏时即会使主控板不正常而无显示。

这种电源大多是其内部的熔断器损坏造成的。

因在送电的瞬间开关电源受冲击较大，造成保险丝瞬间熔断，可更换一个合适的熔断器即可解决问题。

有的是其内的压敏电阻损坏，可更换一支新的开关电源。

3.5 频率不上升
即开机后变频器只在“2.00”Hz上运行而不上升，这主要是由于外控电压不正常所致。

变频器的外控电压是通过主控板的16脚端子引入的，若外控电压不正常，或16脚的内部运放出了问题，即会引起该故障，如图13所示。

图13 频率调节电路
这时请检查调节频率用的电位W2(3.9K)，测量一下16脚有无0～5V的电压，进而检测运放电路C点工作是否正常。

若16脚电压正常，而C点无输出，一般是运放的工作电压不正常所致，应检查其供电电压是否正常或运放是否损坏等。

4 结束语
变频器所出现的故障很多，正像维修其他电器一样，有很多是意想不到的问题，需要我们认真分析，弄清工作原理，逐步的把其电路学深学透，才能把握其本质，快速而准确的处理问题，从而更快、更好的服务于用户。

本文只是在作者维修经验的基础上，对变频器的一些常见故障进行了分析探讨，在工作中还需要不断的分析、总结，积累一些常见的维修技巧，为用户排忧解难。

也使我们的产品在应用过程中不断改进、升华，使其做的更好，更全面、更完善地服务于广大的用户，尽量少出问题、不出问题，出了问题能及时解决，这正是我们的期望所在。

变频器的控制电路及几种常见故障分析
1 引言
随着变频器在工业生产中日益广泛的应用，了解变频器的结构，主要器件的电气特性和一些常用参数的作用，及其常见故障越来越显示出其重要性。

2 变频器控制电路
给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路，称为控制电路，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
(1)逆变器保护
①瞬时过电流保护由于逆变电流负载侧短路等，流过逆变器器件的电流达到异常值(超过容许值)时，瞬时停止逆变器运转，切断电流。

变流器的输出电流达到异常值，也同样停止逆变器运转。

此主题相关图片如下：
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图1
②过载保护
逆变器输出电流超过额定值，且持续流通达规定的时间以上，为了防止逆变器器件、电线等损坏要停止运转。

恰当的保护需要反时限特性，采用热继电器或者电子热保护(使用电子电路)。

过载是由于负载的GD2(惯性)过大或因负载过大使电动机堵转而产生。

采用逆变器是电动机快速减速时，由于再生功率直流电路电压将升高，有时超过容许值。

可以采取停止逆变器运转或停止快速减速的方法，防止过电压。

④瞬时停电保护
对于数毫秒以内的瞬时停电，控制电路工作正常。

但瞬时停电如果达数10ms以上时，通常不仅控制电路误动作，主电路也不能供电，所以检出后使逆变器停止运转。

⑤接地过电流保护
逆变器负载接地时，为了保护逆变器有时要有接地过电流保护功能。

但为了确保人身安全，需要装设漏电断路器。

⑥冷却风机异常
有冷却风机的装置，当风机异常时装置内温度将上升，因此采用风机热继电器或器件散热片温度传感器，检出异常后停止逆变器。

在温度上升很小对运转无妨碍的场合，可以省略。

2。