变频器在各领域得到了广泛应用。变频器构造复杂,涉及知识面较广,故障种类千奇百怪,维修难度较大。维修人员要想快速地提高维修水平,不但要有一定的理论基础,而且还必须掌握一定的实用方法。
利用变频技术对交流电机进行调速不仅在性能指标上远超过传统的直流调速,而且在诸多方面都优于直流电动机调速。因此,在各个领域,变频器都得到了广泛的使用。然而变频器中同自然界中的万事万物一样,存在着老化和寿命期限的问题,在长期的运行过程中变频器中的元器件不可避免地会因为各种原因出现这样或那样的故障。
快速地对变频器进行修复不是一件容易的事情,它所涉及知识面较宽、专业性也比较强。维修人员要想快速地提高维修水平,不但要有一定的理论基础,而且还必须有大量的实践经验。笔者结合几个具体的维修案例,介绍几种变频器维修实用方法。
1 逐步缩小法
所谓逐步缩小法,就是通过对故障现象进行分析、对测量参数做出判断,把故障产生的范围一步一步地缩小,最后落实到故障产生的具体电路或元器件上。它实质上是一个肯定、否定、再肯定、再否定,最后做到肯定(判定)的判断过程。
例如一台变频器通电后,发现操作盘上无显示。首先判断肯定是无直流供电(可用万用表测量其直流电源电压),进一步检查,发现高压指示灯是亮的(测量PN电压进一步证实),否定主回路高压电路的故障,肯定了开关电源中给操作盘供电的一路电源有问题。测该路电源的交流电压正常,无直流输出,又无短路现象,就可以断定是该电源电路的整流管损坏。这个例子采用的是典型的逐步缩小法。它的整个过程就是通过分析和参数测量,判断、肯定、否定几个回合,最后确定是整流管损坏。
2 顺藤摸瓜法
所谓顺藤摸瓜法就是根据变频器工作原理,顺着故障现场,沿着信号通路,逐步深入,直达故障发生点,最终寻找到故障产生部位的一种方法。
例如一台变频器输出电压三相不平衡。这种故障显然是由2种可能性造成的。一种可能是逆变桥内6个单元中至少有1个单元损坏(开路),另一种可能是6组驱动信号中至少有1组损坏。假设已确定有1个逆变单元无驱动信号,进一步确定驱动电路中故障的产生部位,可采用顺藤摸瓜法来寻找。具体到这个例子,可从上而下地查,即从驱动信号的源头,也就是CPU的输出端起往下查。
CPU输出有信号时检查光耦输入端有无信号,若无信号,则CPU到光耦输入端有断线现象。若有信号,则要检查光耦输出端,查看光耦输出端有无信号。若无信号,则表明光耦损坏。若有信号,则再检查放大电路的输入端和输出端,若输入端有信号而输出端无信号,则表明故障产生在放大电路,或放大管或相关元器件损坏。然后进一步落实就很容易了。
变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(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。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高,变频器也得到了非常广泛的应用。
变频器的开关电源电路完全可以简化为上图电路模型,电路中的关键要素都包含在内了。而任 何复杂的开关电源,剔除枝蔓后,也会剩下上图这样的主干。其实在检修中,要具备对复杂电路的“化简”的能力,要在看似杂乱无章的电路伸展中,拈出这几条主要的脉络。要向解牛的庖丁学习,训练自己的眼前不存在什么整体的开关电源电路,只有各部分脉络和脉络的走向——振荡回路、稳压回路、保护回路和负载回路等。
看一下电路中有几路脉络。
1、振荡回路:开关变压器的主绕组N1、Q1的漏--源极、R4为电源工作电流的通路;R1提供了启动电流;自供电绕组N2、D1、C1形成振荡芯片的供电电压。这三个环节的正常运行,是电源能够振荡起来的先决条件。
当然,PC1的4脚外接定时元件R2、C2和PC1芯片本身,也构成了振荡回路的一部分。
2、稳压回路:N3、D3、C4等的+5V电源,R7—R10、PC3、R5、R6等元件构成了稳压控制回路。
当然,PC1芯片和1、2脚外围元件R3、C3,也是稳压回路的一部分。
3、保护回路:PC1芯片本身和3脚外围元件R4构成过流保护回路;N1绕组上并联的D2、R6、C4元件构成了IGBT的保护电路;实质上稳压回路的电压反馈信号——稳压信号,也可看作是一路电压保护信号。但保护电路的内容并不仅是局限于保护电路本身,保护电路的起控往往是由于负载电路的异常所引起。
4、负载回路:N3、N4次级绕组及后续电路,均为负载回路。负载回路的异常,会牵涉到保护回路和稳压回路,使两个回路做出相应的保护和调整动作。
振荡芯片本身参与和构成了前三个回路,芯片损坏,三个回路都会一齐罢工。对三个或四个回路的检修,是在芯片本身正常的前提下进行的。另外,要像下象棋一样,用全局观念和系统思路来进行故障判断,透过现象看本质。如停振故障,也许并非由振荡回路元件损坏所引起,有可能是稳压回路故障或负载回路异常,导致了芯片内部保护电路起控,而停止了PWM脉冲的输出。并不能将和各个回路完全孤立起来进行检修,某一故障元件的出现很可能表现出“牵一发而全身动”的效果。