台安变频器维修实例祥解

台安变频器维修实例祥解 台安变频器是一种台产变频器，一般功率在22KW以下，一般故障以开关电源和驱动电路损坏较多，以下是台安变频器N2系列的开关电源电路图： 一、电路原理分析 开关电源电路的供电由直流回路的530V取得。 四只75kΩ2W电阻承担了输送电源启动电流的任务，电源起振后，IC201的供电即由自供电绕组的输出电压经D215、C236整流滤波成直流电压供给。电源启动后，IC201的8脚输出5V基准电压，除提供8、4脚之间的R、C振荡定时电路的供电外，还提供稳压控制电路中PC9输出侧三极管的电源；IC201的1、2脚之间所并联R、D、C等元件，构成了内部电压误差放大器的反馈回路，决定了放大器的增益和频率传输特性；6脚内部为PWM波形成电路，振荡脉冲由6脚输出，由R241、ZD204消噪和正向限幅，经R240加到开关管TR1的栅极，TR1的导通，形成了开关变压器TL1初级绕组中的电流，TL1的自供电绕组、次级绕组随即产生感生电压，并经负载电路形成输出电流通路。 TL1初级绕组中的电流，在R242、R243、R244三只并联电流采样电阻上，产生压降信号，此电流采样信号经R261输入到IC201的3脚，与内部电路基准电压比较，产生控制信号送后级PWM波形成电路。因电流采样信号能对主绕组电流变化做出快速反应，使整体电路有较好的电流控制性能，在过流程度较轻时，电流的闭环控制，使输 出电流减小，在过流程度较重时，使开关电源停振，保护了开关管和后级负载电路的安全。 稳压电路由+5V输出端、R233、R234、IC202、PC9、IC201的8脚基准电压、R235、R236等环节构成。开关电源输出的+5V为CPU直接供电，而CPU较之其它电路对供电有较苛刻的要求，要求电压的波动不大于5%，因而开关电源的电压反馈信号就取自这里。+5V电源是直接受开关电源稳压支路控制的，属于“嫡系电源”，其它各路输出电源的稳压精度稍次之，属于“旁系电源”了。稳压电路中的IC202，常用型号为TL431、L431等，为一种可调精密稳压电源器件，内部电路有一个很稳定的2.5V的参考电压，温度系数很小；有三个引出极：阳极A， 阴极K，参考极（调整极）R。参考极和阴极均有较宽的电流范围，阳极、阴极间有0.22Ω极小的动态电阻。电路中接地极为阴极，接R233、234分压点的为R极，接PC9输入侧二极管阴极的为阳极。接成稳压电路时，稳定电压值取决于R端两只分压电阻的比值。在常规应用中，作为一个稳压电路，L431是工作在闭环状态的，输出电压对参考电压有反馈作用。当改变分压点电压时，如改变分压电阻值使分压点电压上升，则输出电压随之上升。 但在本电路中，对L431并不是做为一个稳压电路来使用的。本电路中L431恰恰是工作于开环状态的。下面分析一下稳压控制过程：当+5V输出电压上升时，R233、234分压点电压上升，流过L431阳极、阴极间的电流上升，因R231的降压作用，L431阳极电压反而下降。回路电流的上升，使光电耦合器PC9中的二极管发光强度随之上升，PC9输出侧光敏三极管因受光面的光通量上升，其导通等效内阻减小，由R235输入到IC201的2脚（反馈电压引入脚）的电压升高，IC201内部误差放大器的输出增大，此信号控制内部PWM波发生器，IC201的6脚输出的脉冲占空比变化——低电平脉冲时间加长，使开关管TR1的截止时间变长，TL1的储能减少，次级绕组输出电压回落。在因电网电压降低或负载电流上升，引起+5V输出电压下降时，实施反过程稳压控制。 次级绕组的整流、滤波电路输出+24V、+15V、-15V等各路常规用电。-15V的供电绕组，有两组整流电路，一路即D206、C241的-15V电源，一路是D207、R225、R254、C40、R226等的正电压输出电路。注意，此路“电源”的滤波电容仅为0.1μF，又经约10kΩ电阻串联输出。这路输出显然是不能当作电源使用的，它不需要提供大的负载电流，它只是提供一个电压信号，它是——直流回路的电压检测输出信号。这个模拟电压信号，反映了530V直流回路电压的高低。 一、维修要点 一般开关电源故障会造成变频器没有显示，所以变频器没有显示的时候首先可以检查10伏输出端子电压是否正常，如果不成长，就可以肯定是开关电源故障了，这时候就要打开台安变频器来检查了。 根据台安变频器供电有530伏取得，可以单独搞一个整流桥堆和一个大电容，自己做一套备用的530伏直流电源供维修使用。先用万用表测量主要的器件有没有短路，比如电容237，开关管K1317等主要器件，如果这些器件没有问题，539伏接入端子P1,N之间也没有短路，这时候就可以接入530伏电源，然后测量IC201的基准输出电压8脚是否为5伏，如果不是，一般是启动电阻R248-R266可能有问题，或者是IC201有问题，一般更换就可以解决问题，如果启振后电压输出不稳定或者不正常，一般需要检查PC9及相关电路，另外电流取样电阻P242-R244也容易产生问题，需要认真检查。开关变压器坏的可能性一般比较小，如果真的损坏，不要自行拆开来重绕，要找专业厂家来处理，毕竟高频变压器有它自身设计的特点。 接手两台同型号台达变频器，检查都为逆变输出模块损坏和驱动电路严重损坏：驱动集成电路T250V或炸裂，或输出端与供电地短路、滤波电容喷液、稳压管击穿或开路、电阻开路或阻值变大、电路板碳化受损等，继续检查，发现一台变频器的三相整流桥已有一臂击穿、充电限流电阻、充电电阻短接继电器触点粘连等，损坏情况较为严重。发现驱动集成电路的输入侧的信号引入电阻也有几只呈现开路状态，此电阻的另一端即接至CPU触发脉冲输出端，相必CPU也遭受了强大的电冲击，如果CPU控制板再有损坏的话，则此两台变频器已无太大的修理价值 1、将主电路及驱动电路画图后进行全面检查，将线路板碳化部分用小刀刮净，将损坏元件尽数拆除。测量主电路不存在短路现象，送电检查，显示正常，说明开关电源、控制部分基本上正常。用示波器测六路驱动输入（从CPU来的触发信号），有峰值1.5V（万用表测0.6V）、载波10kHz随频率调整脉宽相应变化的触发波形。由此才算放下心来，看来除逆变及驱动电路部分损坏外，其余电路都正常，CPU三相脉冲输出端的耐冲击力能力还真不错。即开始购件，做好全面修复准备。 2、将驱动电路损坏部分全部换新（30多只元器件），通电检测各驱动集成电路各脚直流静态电压，均正常；用示波器测各个集成电路的输出波形也在正常范围内，然后焊接逆变输出模块。 3、上电检查，用万用表交流档测量发现有三相不平衡现象，换用直流500V档测量，V、W之间无直流成份，但U、V和U、W之间有直流电压！无论频率与电压高低，俱不应有直流成份在内。在输出端挂接三只星形连接的灯泡试验，观察闪烁现象太明显。根据经验，一般频率调至20赫兹以上时，应感觉不出明显的闪烁，15赫兹以下逐渐明显；调至30赫兹左右，仍有闪烁现象。结合上述检测，判断U相输出的两路正负半波电压中，有一路是无输出的！ 4、赶紧停下电来，检查发现EU回路触发电源中的稳压二极管DD11，由于原贴片元件损坏后，换用普通元件后搭焊不结实，安装逆变模块时不慎将其脱焊，致使U相中的上管触发端一直被强制为低电平——负压，上管一直在截止中，即该相只有下管导通的负半波输出，因而在输出中产生了直流成份！将DD11补焊，通电试机，测三相输出平衡，直流成份为零，将其接一5.5kW潜水电泵试验，起动与运行都正常，于是第一台变频器顺利修复。 修复第二台机器时，重复了第一台的清理步骤，最后焊接逆变模块。接入三只灯泡后通电，先将输出频率调至几赫兹，然后将控制端子DCM与FWD端子（正转起动控制）瞬时短接了一下，耳听得“啪啦”一声，心里只叫得一声苦，明白刚换上的MG25Q6ES42逆变输出模块已于瞬间炸裂损坏！ 记得焊接逆变模块前，已测过六路驱动电路的输出波形，完全正常，应该是没有问题的呀。也将逆变模块触发输出端的并联电阻全部焊接，并用表测了一遍，以证实焊接良好。一检查，哎呀！焊接于线路板正面已损坏的EU、EV、EW端子的三只触发信号引入电阻都已焊接，但位于线路板背面的GX、GY端子因处于背面并已焊接上逆变模块，两输出脉冲引出电阻（一路原为100Ω两台并联电阻，修理时用一只0.5W51Ω电阻代替）忘记焊接，导致了逆输出模块的瞬间的，毫不犹豫痛痛快快地、后悔都来不及地炸裂损坏！一只动辄几百元乃至上千元的昂贵的逆变模块，一下子坏掉了，真令人痛惜。 在不接通触发回路的情况下——在触发引入电阻开路损坏的情况下——逆变输出模块触发端子一臂悬空的情况下，运转信号的莽撞投入，会导致逆变模块眨眼间损坏。起动状态下严禁将某一触发输入端开路，否则将造成模块损坏的严重后果！修理过程中，通电试验前，一定要检查触发端子引线是否连接牢靠。对通电起动即损坏逆变模块的故障，就首查、彻查模块驱动电路！ 但其损坏机理何在呢？从故障现象来看，逆变模块为短路性击穿炸裂损坏，短路的原因不属过压性击穿，应属过流性损坏。但负载接了三只15瓦灯泡，近乎空载（实际上即使完全空载，也会出现短路性损坏），不会产生反电势的窜入，因此整个回路没有危险的过电压发生，那么过流性损坏又是如何发生的呢？试分析如下：逆变电路正常工作时，由六路触发脉冲控制六只IGBT管子按一定次序开通与关断，将直流电源转变成三相交变电压输出。每相输出由上下两只管子轮流导通与截止，形成该相的正半波和负半波。两管交接时存在一定的时间间隔，又称一定的死区时间，也即是在任一时间段内，不允许出现两管同时导通的局面。上下两管的同时导通，必定导致对电源的短路，其后果是逆变模块的炸裂损坏！这种损坏与外接负载没有直接关系，即使是空载也会照常损坏。上例中上管的触发端悬空，管子截止所需的负偏压为零，当下管受触发导通时，相当于将上管的射极瞬时短接到地，此时上管产生了一个经由电源正极向集电极-栅极之间形成的电容、栅极和-射极之间的输入电容的充电电流，触发引入电阻未开路时，此充电电流为足够大的负偏压所吸收，不能触通上管。但此时由于负偏压的消失，此充电电流形成了正向栅偏压，其值足以使上管导通，上、下两管的共通造成了电源的直接短路，当然就会听见“啪啦”一声了。同理，当下管的触发引入电阻断路时，上管的导通相当于在下管的集电极引入了高电压，也会瞬时产生一个经由集电极向集-栅电容、栅-射电容充电的充电电流，触发电阻未开路时，此充电电流为足够大的负偏压所吸收，不有能触通下管。但此时由于负偏压的消失，此充电电流形成了下管的正向栅偏压，同样形成了两管共通将直流电源短路的局面。 直流回路储能滤波电容的失效，是造成逆变模块损坏的二级杀手，逆变模块触发端子的悬空，更应是厉害得多的一级杀手！两者的相同点在于，损坏性极大，保护电路往往来不及动作逆变模块即已损坏。两者的不同之处是：1、前者为电容失效，直流回路的谐波使逆变模块造成过压性击穿损坏，后者为管子的截止负偏压消失而造成两管共通对电源形成的过流性短路损坏。2、前者的损坏尚有一个渐变过程，在起动或运行过程中损坏，如果很轻的负载或者空载，不会导致损坏；而后者简直就是无过程损坏，表现为一接受到起动信号，无论是带载或空载，逆变模块都会瞬时坏掉！所以后者的为害尤烈，尤其是易发生于故障修复过程中，稍有不慎，即导致前功尽弃，后悔莫及！ 修复后、起动前的保证：先断掉逆变模块的主供电电源，1、测量驱动集成电路的输入、输出侧的直流静态电压，为正常状态；2、测量六路驱动的输出脉冲波形，边调整频率边观察，应幅度相等、频率一致；3、先将逆变模块的供电改接低直流电压，如并关电源供给的+24V电压，做启停试验，检测三相输出的平衡情况，及有无直流成份。一般在此一步骤，如驱动电路有异常，故障便已经暴露出来；4、无低压直流电压条件的，可在逆变供电回路中串接15—40W的灯泡，再开机试验，此灯泡在此不只起到电流电流的指示，重要的是驱动电路不良造成输出短路时，供电的压降降在灯泡上，以及灯泡电阻的限流作用保护了模块不被损坏。灯泡也有可能起到一个保险丝的作用，灯丝熔断后也保护了逆变模块。5、检测空载输出正常后，去掉串接灯泡，恢复逆变模块的供电。再最后检查触发端子的连接线、检查一遍模块的螺丝紧固情况；7、整机装配，带电机试验。到现场安装时，落实上次的损坏原因，根据现场的电气、机械和温度等环境，调整相关参数，或增设附件。如考虑现场有电容补偿柜，变频器安装较为密集，因而电源污染较为严重，电源谐波大，可在电源输入侧加装三相电抗器，以避免短时间内再度损坏；如发现负载惯性大，而又必须做到快速停车会使变频器易出现过电压损坏，则应要求用户加装刹车单元和刹车电阻后，再投入运行。需要注意的是，一些变频器的损坏也可能是是因为用户使用与调整不当造成的，不把这些有害因素排除掉，则修复好的变频器很可能在短时间内再度损坏，使用户和维修者蒙受不必要的损失。