变频器逆变脉冲回路的故障检查.doc

变频器逆变脉冲回路的故障检查2009-10-27 13:22 来源：打印此页关闭此页从CPU的六个PWM输出端子，到中间缓冲电路，称为逆变脉冲前级电路，驱动电路称为逆变脉冲后级电路，总称逆变脉冲回路。 故障状态： 1、起动操作正常，操作显示面板有正常的输出频率指示，但无三相输出电压； 2、起动操作正常，操作显示面板有正常的输出频率指示，输出三相电压不平衡； 3、一按起动按键，即跳OC故障； 4、运行中跳OC故障； 5、轻载运行正常，带载电机跳动或跳OC故障。 故障实质与检修思路（与故障状态的五种状态相对应）： 1、有以下几种因素：a、驱动电路光耦合器输入侧的+5V供电丢失；b、前级脉冲电路的缓冲器损坏；c、CPU的相关控制信号不确定或相关控制引脚损坏；d、故障保护电路误动，使脉冲前级电路被故障信号锁定。 在此处须尤为注意一点，逆变脉冲信号的前级电路，如三态触发器、缓冲器电路等，有可能受电压、电流检测与保护电路的直接控制，当保护电路误动时，钳制和封锁了六路脉冲信号的传输。要有故障保护电路独自参与脉冲传输控制的观念。虽然a、b方面造成的故障率较好，但c、d方面造成的原因，往往构成了疑难故障，检修思路到不了这里，维修起来可就要走弯路了。 2、有以下三种因素：a、驱动电路的光电耦合器损坏，不能正常传输逆变脉冲信号；b、逆变模块导通内阻变大，三只上臂IGBT模块有导通不良现象，因此三路驱动电路可能未设有IGBT管压降检测电路，故并不能报出OC故障；c、脉冲前级电路或CPU逆变脉冲输出引脚不良，致使逆变脉冲缺失一路或两路。 不要将着眼点光是放在后级驱动电路上，也可能为前级的逆变脉冲未加输入驱动电路上。尤其是脑子里要有是否为模块不良，逆变模块导通内阻变大这个观念。考虑不到c的因素，便又构成了疑难故障。 3、有以下因素：a、后级驱动电路本身不良；b、驱动电路的供电电源，带负载能力不足，如滤波电容失容，整流二极管低效（正向电阻变大、反向电阻变小）等；c、逆变模块不良。 对驱动电路的动、静态检测（电压检测）也许都是正常的，要测试驱动电路的电流输出能力。要关注b、c的因素。 4、有以下几种因素：a、驱动电路的带负载能力、逆变模块的导通内阻检测；b、三相输出电流检测电路；c、故障检测电路中的基准电压电路。d、用户负载方面的原因。 要注意b、c、d方面的因素影响。三相检测电路本身不良，工作点转移，可能会误报OC故障；故障检测电路中的基准电压偏移，造成电流检测不准，误报OC故障；检查都无问题，得到生产现场找找原因了，并不排除负载方面的问题。b、c因素，可能又进入疑难故障的范围。 5、有三种因素：a、驱动电路的电流（功率）输出能力不足；b、逆变模块不良，导通内阻偏大；c、负载电路有问题，电机坏掉了，不是变频器的问题。 变频器表现为运转不正常，不一定统统都是变频器的问题，建议用户换一台电机试试。应考虑到b、c的因素，有时候要考虑到变频器以外的因素。变频器疑难故障检修四例 注:此文可作为变频器OC故障的来源和实质一文的补充，可相互参阅。 阿尔法18.5kW以下 变频器OC故障跳闸停机的一个隐蔽原因 在对阿尔法小功率变频器维修的过程中，发现该变频器有一个通病容易跳OC故障。其表现为：多在启、停操作过程中跳故障，但有时也在运行中跳故障；有时候莫名其妙地又好了，能运行长短不一的一段时间。在以为已经没有问题的时候，又开始频繁跳OC故障；空载时用表笔测量U、V、W输出电压时，易跳故障，但接入电机后起动运行，又不跳了，再过一阵子，接入电机还是跳OC故障。 该类故障的处理相当棘手，可能在测试过程中故障已经消除，致使查无所据。即使在故障频繁发生的当口，测试硬件电路（保护电路），却怎么也检查不出什么问题，搞不清此故障的来龙去脉，此故障困惑了我有两个多月的时间。 硬件保护电路，主要由U22和U24两片LM393双运放电路来完成，其信号又经一级反相器倒相后，送入CPU的16脚，U22和U24共输入了两路输出电流信号、1路由逆变驱动IC返回的过载OC信号，一路直流电压检测信号，分别加至4路运放的输入端，经开环放大处理（运放电路在这里实际上作为开关电路来应用）后，将四路故障信号并联在一起，再经一级倒相处理后，送入了CPU的16脚。我先是切断了由逆变驱动IC返回的过载OC信号，后又切断了倒相输出的“总”故障信号，但均无效，故障现象依旧。难道别处还有串入OC信号的途径吗？不可能！ 可能电路存在说不清道不明的某种干扰，但干扰的来源与起因又很难查找。绞尽脑汁用尽了一切手段，在故障信号电路中，加装电容、电阻滤波元件，以提高电路的抗干扰性能，但无效果。莫非是启/停瞬间逆变驱动模块的“加载和卸载”期间，导致了CPU供电的波动而跳故障吗？测量CPU供电为4.98V，很稳定，满足要求呀。 无来由地灵机一动，将4.98V调整为5.02V，再作起/停试验，故障竟然排除了！ 试分析和猜测故障原因如下：CPU外部或内部静态电压工作点的设置不当或偏低，恰在信号干扰电平的临界点上，故易出现让人摸不着头脑的随机性的跳OC故障的现象。将其5V供电略调高后，其工作点的电压值也相应抬高，避开了干扰电平的临界点，变频器便由“神经”变为“正常”了。 机器在出厂时，CPU供电调整值略高一点的，机器便能长时间正常运行。调整值偏低一点的，或在使用过程中因某种原因（如元件变值、温飘等）使5V略有下降，便出现频繁跳OC的故障。在确保硬件保护电路无问题时，调整5V供电，便能轻易解决问题了。不是出于一个偶然的因素，则此故障的隐蔽性之深，让人很难将此一故障“调理”好。 阿尔法变频器跳OC故障的又一个原因 一般来讲，OC故障的来源有以下两个方面： 1、当逆变模块运行电流超大，达额定电流的3倍以上时，IGBT管子的管压降上升到7V以上时，由驱动IC返回过载OC信号，通知CPU，实施快速停机保护； 2、从变频器输出端的三只电流互感器（小功率机型有的采用两只），采集到急剧上升的异常电流后，由电压比较器（或由CPU内部电路）输出一个OC信号，通知CPU，实施快速停机保护。 当然，当驱动IC或电流采样电路异常时，变频器会误报OC故障。 小功率机种往往采用在输出端直接串接分流电阻，来采集电流信号，经前级放大处理后，由光耦运算放大器隔离后输送至CPU。其前级放大器的供电取自驱动IC的悬浮电源，这样当模块损坏后（或拆除后），经由逆变模块连接的供电支路断路，使得电流采样电路输出最高的负压，CPU误认为有大电流信号，而报OC故障。此种情况，变频器一上电即跳OC故障，致使无法检修驱动IC电路是否能输出六路正常触发脉冲。 另外，驱动IC的外围电路异常或其本身损坏，也会误报OC故障，因而在检修时须区分是电流采样电路还是驱动IC报的故障，是电路损坏误报还是模块损坏，真的存在过流故障？并采取措施解除报警状态，以方便检修。 但下面原因引起的跳OC故障往往不被人注意。检修一台阿尔法变频器，因主直流回路电压检测电路损坏，使端子8脚电压为0（正常时应为3V左右），变频器跳欠压故障，不能投入运行。将该端子人为送入+5V电压时，变频器上电即跳OC故障。经实验证明，该电压低于2.5V时跳欠压故障代码，电压高于3.8V时跳OC故障，由此发现直流回路电压过高时或直流检测电路异常，是变频器跳OC故障的又一个原因。 在检修或作应急处理时，将接线排CN1的8脚取5V电压用分压电阻固定一个3V电压，则变频器能方便检修或能应急运行。 一台英威腾GS小功率机 跳SC故障一例 SC：意为变频器输出负载短路。停电状态下测U、V、W之间和U、V、W与直流P、N之间无短路现象，为区别是CPU主板上电流检测电路故障还是驱动IC返回的信号，将信号返回光耦器件的二极管一侧用导线短接，上电后操作RUN键，面板显示输出频率正常。说明SC信号是由驱动IC返回的，故障原因有二：一是逆变模块损坏，二是驱动IC本身不良。 切断逆变模块供电后，再上电查驱动IC的六路脉冲信号，发现U上上臂驱动IC有输入脉冲而无输出脉冲（静态负压正常），更换驱动IC后，输出正常。查U下臂驱动IC静态负压仅零点几伏，更换后，故障依旧。将其与逆变模块触发端连接的100欧电阻焊开后，静态负压上升为正常值。测模块U下臂端子正向电阻与其它触发端子电阻一致，但其反向电阻偏小于其它触发端子，证明模块U相触发端子内电路损坏！ 这是检查模块故障的一个要点所在：不能粗略地测其主端子电阻正常，即判断模块是好的，触发端子内电路损坏也屡见不鲜，但表现得较为隐蔽！变频器报SC或OC故障时，检测模块主端子无异常时，不应遗漏对触发端子正、反向电阻的检查！ 模块的损坏与驱动IC的损坏通常还具有关联关系：当U相主电路损坏时，则U相的上下臂驱动IC往往也受强电压冲击而同时损坏；而当检查出该相的驱动IC损坏时，则往往隐藏着该相触发端子的内电路损坏。所以二者坏其一，一定要作全面检查。当然，模块和驱动IC单独损坏的情况，也是有的，但极为少见。 在检修中还发现了英威腾GS小功率机型，驱动IC故障的另一现象：当变频器上电即有SC故障信号输出时，CPU进行自检、复位、清零结束后，面板只显示H：00，操作所有面板按键均失效，当短接相应光耦电路使SC信号消除后，则面板操作一切正常。说明该机型在上电时若检测有SC故障信号输出时，可能会进行“程序锁定”而拒绝操作！当出现此一现象时，应对故障信号输出电路进行检查，并采取相应措施暂时消除故障信号，以利操作和判断，并进而解决故障。 英威腾INVT-G9-004T4 小功率机又一例“死机”故障 用户反映：此台变频器当时并未开机，但三相电源侧的其它机器有所异常，出现短路跳闸，波及到此台机器也出现电源开关跳闸，但重合闸后，发现操作面板已无显示，故此送修。 检测：R、S、T与主直流回路P、N之间呈开路现象，拆机观察，模块引入铜箔条已被电弧烧断，测模块三相电源引入端子，短路。 故障原因：因电源测其它负载支路的瞬时短路与跳闸的扰动，导致三相电源产生了异常的电压尖峰冲击，此危险电压导致了变频器模块内的整流电路的击穿短路，短路产生的强电弧烧断了三相电源引入的铜箔条，同时引起了电源开关的保护跳闸。 测模块逆变部分尚正常，观察模块也无鼓出、变形现象，故采取切断模块整流部分、另外加装三相整流桥，仍利用原模块内三相逆变电路的低成本修复方案，进行修复试验。 检查：为防异常现象的发生，先切断模块逆变部分的供电；从外修理电源加一500V直流电压，上电，操作面板显示H.00，所有操作全无效，据经验，本型号变频器当模块损坏时，其上电模块短路检测功能生效，CPU拒绝所有操作，于是解除掉逆变部分的返回的OC信号，再上电现象依旧。测量故障信号汇集处理电路U7-HC4044的4、6的过流信号，皆为负电压，而正常时静态应为6V正电压。顺电流检测电路往前查找，测电流信号输入放大U12D的的8、14脚电压为0V，正常；U13D的14脚为负8V，有误过流信号输出。将R151焊开，断开此路过流故障信号，操作面板的所有参数设置均正常，但启/停操作无反应。 莫非还有哪路故障信号未排除，变频器仍处于保护状态中，因而拒绝启/停操作？测得模块热报警端子电压为3V，从电路分析，此压正常时当为5V 左右。是否模块内三相整流电路损坏后，此电路便输出热报警信号呢？或是整流电路的损坏，导致了该电路的同时损坏，而误输出热报警信号呢？试将热报警输出的铜箔条切断后，操作面板的启/停操作生效了！ 英威腾G9/P9变频器的保护次序大概是这样的：上电检测功率逆变输出部分有故障时，即使未接收启/停信号，仍跳SC输出端短路故障代码，所有操作均被拒绝；上电检测到由电流检测电路来的过流信号时，显示H.00，此时所有操作仍被拒绝；上电检测有热报警信号时，其它大部分操作可进行，但启动操作被拒绝，或许CPU认为输出模块仍在高温升状态下，等待其恢复常温后，才允许启动运行。而对模块短路故障和过流性故障，为保障运行安全，索性拒绝所有操作！但此一保护性措施，常被人误认为是程序进入了死循环，或是CPU外围电路故障，如复位电路、晶振电路异常等。 修复：切断三相电源铜箔条引线，并做好清洁和绝缘处理。外接三相整流电路，将其直流输出引入到P、N端子上；加装了热保护电路：手头有一只60常闭点的热继电器，串入NPN型三极管基极到5V地回路中，用一只10k电阻接入+5V和基极，将三极管射极接5V地，集电极接热报警电路信号输出端。模块温升正常时，三极管无驱动电压而截止，不传送热报警信号。当模块温升异常时，热继电器常闭点断开，三极管得到驱动电流，饱合输出，使热报警信号输出端子变频器逆变脉冲回路的故障检查2009-10-27 13:22 来源：打印此页关闭此页从CPU的六个PWM输出端子，到中间缓冲电路，称为逆变脉冲前级电路，驱动电路称为逆变脉冲后级电路，总称逆变脉冲回路。 故障状态： 1、起动操作正常，操作显示面板有正常的输出频率指示，但无三相输出电压； 2、起动操作正常，操作显示面板有正常的输出频率指示，输出三相电压不平衡； 3、一按起动按键，即跳OC故障； 4、运行中跳OC故障； 5、轻载运行正常，带载电机跳动或跳OC故障。 故障实质与检修思路（与故障状态的五种状态相对应）： 1、有以下几种因素：a、驱动电路光耦合器输入侧的+5V供电丢失；b、前级脉冲电路的缓冲器损坏；c、CPU的相关控制信号不确定或相关控制引脚损坏；d、故障保护电路误动，使脉冲前级电路被故障信号锁定。 在此处须尤为注意一点，逆变脉冲信号的前级电路，如三态触发器、缓冲器电路等，有可能受电压、电流检测与保护电路的直接控制，当保护电路误动时，钳制和封锁了六路脉冲信号的传输。要有故障保护电路独自参与脉冲传输控制的观念。虽然a、b方面造成的故障率较好，但c、d方面造成的原因，往往构成了疑难故障，检修思路到不了这里，维修起来可就要走弯路了。 2、有以下三种因素：a、驱动电路的光电耦合器损坏，不能正常传输逆变脉冲信号；b、逆变模块导通内阻变大，三只上臂IGBT模块有导通不良现象，因此三路驱动电路可能未设有IGBT管压降检测电路，故并不能报出OC故障；c、脉冲前级电路或CPU逆变脉冲输出引脚不良，致使逆变脉冲缺失一路或两路。 不要将着眼点光是放在后级驱动电路上，也可能为前级的逆变脉冲未加输入驱动电路上。尤其是脑子里要有是否为模块不良，逆变模块导通内阻变大这个观念。考虑不到c的因素，便又构成了疑难故障。 3、有以下因素：a、后级驱动电路本身不良；b、驱动电路的供电电源，带负载能力不足，如滤波电容失容，整流二极管低效（正向电阻变大、反向电阻变小）等；c、逆变模块不良。 对驱动电路的动、静态检测（电压检测）也许都是正常的，要测试驱动电路的电流输出能力。要关注b、c的因素。 4、有以下几种因素：a、驱动电路的带负载能力、逆变模块的导通内阻检测；b、三相输出电流检测电路；c、故障检测电路中的基准电压电路。d、用户负载方面的原因。 要注意b、c、d方面的因素影响。三相检测电路本身不良，工作点转移，可能会误报OC故障；故障检测电路中的基准电压偏移，造成电流检测不准，误报OC故障；检查都无问题，得到生产现场找找原因了，并不排除负载方面的问题。b、c因素，可能又进入疑难故障的范围。 5、有三种因素：a、驱动电路的电流（功率）输出能力不足；b、逆变模块不良，导通内阻偏大；c、负载电路有问题，电机坏掉了，不是变频器的问题。 变频器表现为运转不正常，不一定统统都是变频器的问题，建议用户换一台电机试试。应考虑到b、c的因素，有时候要考虑到变频器以外的因素。电压降到3V以下，发送热报警停机保护信号，防止了模块的过热烧毁。