變頻器維修入門--電路分析圖

對於變頻器修理，僅了解以上基本電路還遠遠不夠的，還須深刻了解以下主要電路。主迴路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路和檢測取樣電路部分組成。圖2.1是它的結構圖。

　　1）驅動電路

　　驅動電路是將主控電路中CPU產生的六個PWM信號，經光電隔離和放大後，作為逆變電路的換流器件（逆變模塊）提供驅動信號。

　　對驅動電路的各種要求，因換流器件的不同而異。同時，一些開發商開發了許多適宜各種換流器件的專用驅動模塊。有些品牌、型號的變頻器直接採用專用驅動模塊。但是，大部分的變頻器採用驅動電路。從修理的角度考慮，這裡介紹較典型的驅動電路。圖2.2是較常見的驅動電路（驅動電路電源見圖2.3）。

　　驅動電路由隔離放大電路、驅動放大電路和驅動電路電源組成。三個上橋臂驅動電路是三個獨立驅動電源電路，三個下橋臂驅動電路是一個公共的驅動電源電路。

　　2）保護電路

　　當變頻器出現異常時，為了使變頻器因異常造成的損失減少到最小，甚至減少到零。每個品牌的變頻器都很重視保護功能，都設法增加保護功能，提高保護功能的有效性。

　　在變頻器保護功能的領域，廠商可謂使盡解數，作好文章。這樣，也就形成了變頻器保護電路的多樣性和複雜性。有常規的檢測保護電路，軟體綜合保護功能。有些變頻器的驅動電路模塊、智能功率模塊、整流逆變組合模塊等，內部都具有保護功能。

　　圖2.4所示的電路是較典型的過流檢測保護電路。由電流取樣、信號隔離放大、信號放大輸出三部分組成。

　　3）開關電源電路

　　開關電源電路向操作面板、主控板、驅動電路及風機等電路提供低壓電源。圖2.5富士G11型開關電源電路組成的結構圖。

　　直流高壓P端加到高頻脈衝變壓器初級端，開關調整管串接脈衝變壓器另一個初級端後，再接到直流高壓N端。開關管周期性地導通、截止，使初級直流電壓換成矩形波。由脈衝變壓器耦合到次級，再經整流濾波後，獲得相應的直流輸出電壓。它又對輸出電壓取樣比較，去控制脈衝調寬電路，以改變脈衝寬度的方式，使輸出電壓穩定。

　　4）主控板上通信電路

　　當變頻器由可編程（PLC）或上位計算機、人機界面等進行控制時，必須通過通信介面相互傳遞信號。圖2.6是LG變頻器的通訊介面電路。

　　頻器通信時，通常採用兩線制的RS485介面。西門子變頻器也是一樣。兩線分別用於傳遞和接收信號。變頻器在接收到信號後傳遞信號之前，這兩種信號都經過緩衝器A1701、75176B等集成電路，以保證良好的通信效果。

　　所以，變頻器主控板上的通信介面電路主要是指這部分電路，還有信號的抗干擾電路。

　　5）外部控制電路

　　變頻器外部控制電路主要是指頻率設定電壓輸入，頻率設定電流輸入、正轉、反轉、點動及停止運行控制，多檔轉速控制。頻率設定電壓（電流）輸入信號通過變頻器內的A/D轉換電路進入CPU。其他一些控制通過變頻器內輸入電路的光耦隔離傳遞到CPU中。

　　在下面文章中,上傳了有關變頻器的維修知識供大家分享!

　　根據大家對我的提議以及對我的支持，現在將一些變頻器最基本，基礎的知識貢獻給大家。

　　變頻器開關電源電路

　　變頻器開關電源主要包括輸入電網濾波器、輸入整流濾波器、變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路。我們公司產品開關電源電路如下圖，是由UC3844組成的開關電路：

　　開關電源主要有以下特點:

　　1,體積小,重量輕:由於沒有工頻變頻器，所以體積和重量吸有線性電源的20~30%

　　2，功耗小，效率高：功率晶體管工作在開關狀態，所以晶體管的上功耗小，轉化效率高，一般為60~70%，而線性電源只有30~40%

　　二極體限幅電路限幅器是一個具有非線性電壓傳輸特性的運放電路。其特點是：當輸入信號電壓在某一範圍時，電路處於線性放大狀態，具有恆定的放大倍數，而超出此範圍，進入非線性區，放大倍數接近於零或很低。在變頻器電路設計中要求也是很高的，要做一個好的變頻器維修技術員，了解它也相當重要。

　　1、二極體並聯限幅器電路圖如下所示：

　　2、二極體串聯限幅電路如下圖所示：

　　變頻器控制電路組成

　　如圖1所示，控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運算電路、主電路的電壓、電流檢測電路、電動機的速度檢測電路、將運算電路的控制信號進行放大的驅動電路，以及逆變器和電動機的保護電路。

　　在圖1點劃線內，無速度檢測電路為開環控制。在控制電路增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對非同步電動機的速度進行控制更精確的閉環控制。

　　1)運算電路將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

　　2)電壓、電流檢測電路

　　與主迴路電位隔離檢測電壓、電流等。

　　3)驅動電路

　　為驅動主電路器件的電路，它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。

　　4)I/0輸入輸出電路

　　為了變頻器更好人機交互，變頻器具有多種輸入信號的輸入(比如運行、多段速度運行等)信號，還有各種內部參數的輸出「比如電流、頻率、保護動作驅動等)信號。

5)速度檢測電路

　　以裝在非同步電動軸機上的速度檢測器(TG、PLG等)的信號為速度信號，送入運算迴路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。

　　6)保護電路

　　檢測主電路的電壓、電流等，當發生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和非同步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

　　逆變器控制電路中的保護電路，可分為逆變器保護和非同步電動機保護兩種，保護功能如下

　　變頻器驅動電路的HCPL-316J特性

　　HCPL-316J是由Agilent公司生產的一種IGBT門極驅動光耦合器，其內部集成集電極發射極電壓欠飽和檢測電路及故障狀態反饋電路，為驅動電路的可靠工作提供了保障。其特性為：兼容CMOS/TYL電平；光隔離，故障狀態反饋；開關時間最大500ns；「軟」IGBT關斷；欠飽和檢測及欠壓鎖定保護；過流保護功能；寬工作電壓範圍(15～30V)；用戶可配置自動複位、自動關閉。DSP與該耦合器結合實現IGBT的驅動，使得IGBTVCE欠飽和檢測結構緊湊，低成本且易於實現，同時滿足了寬範圍的安全與調節需要。

　　HCPL-316J保護功能的實現

　　HCPL-316J內置豐富的IGBT檢測及保護功能，使驅動電路設計起來更加方便，安全可靠。其中下面詳述欠壓鎖定保護(UVLO)和過流保護兩種保護功能的工作原理：

　　(1)IGBT欠壓鎖定保護(UVLO)功能

　　在剛剛上電的過程中，晶元供電電壓由0V逐漸上升到最大值。如果此時晶元有輸出會造成IGBT門極電壓過低，那麼它會工作在線性放大區。HCPL316J晶元的欠壓鎖定保護的功能(UVLO)可以解決此問題。當VCC與VE之間的電壓值小於12V時，輸出低電平，以防止IGBT工作在線性工作區造成發熱過多進而燒毀。示意圖詳見圖1中含UVLO部分。

圖1 HCPL-316J內部原理圖

　　(2)IGBT過流保護功能

　　HCPL-316J具有對IGBT的過流保護功能，它通過檢測IGBT的導通壓降來實施保護動作。同樣從圖上可以看出，在其內部有固定的7V電平，在檢測電路工作時，它將檢測到的IGBTC～E極兩端的壓降與內置的7V電平比較，當超過7V時，HCPL-316J晶元輸出低電平關斷IGBT，同時，一個錯誤檢測信號通過片內光耦反饋給輸入側，以便於採取相應的解決措施。在IGBT關斷時，其C～E極兩端的電壓必定是超過7V的，但此時，過流檢測電路失效，HCPL-316J晶元不會報故障信號。實際上，由於二極體的管壓降，在IGBT的C～E極間電壓不到7V時晶元就採取保護動作。

　　整個電路板的作用相當於一個光耦隔離放大電路。它的核心部分是晶元HCPL-316J，其中由控制器(DSP-TMS320F2812)產生XPWM1及XCLEAR*信號輸出給HCPL-316J，同時HCPL-316J產生的IGBT故障信號FAULT*給控制器。同時在晶元的輸出端接了由NPN和PNP組成的推挽式輸出電路,目的是為了提高輸出電流能力，匹配IGBT驅動要求。

　　當HCPL-316J輸出端VOUT輸出為高電平時，推挽電路上管(T1)導通，下管(T2)截止，三端穩壓塊LM7915輸出端加在IGBT門極(VG1)上，IGBTVCE為15V，IGBT導通。當HCPL-316J輸出端VOUT輸出為低電平時，上管(T1)截止，下管(T1)導通，VCE為-9V，IGBT關斷。以上就是IGBT的開通關斷過程。