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变频器常见硬件故障维修指南  

2012-12-23 15:13:21|  分类: 个人日记 |  标签: |举报 |字号 订阅

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变频器常见硬件故障维修指南


本文主要介绍了英威腾低压变频器的一些常见硬件故障的分析,判断,检修思路及方法。要求使用者对变频器原理图及信号流程有一定的了解。由于水平有限,文中错误之处在所难免,恳请各位同事批评指正。


 


变频器的工作原理


整流桥——由整流二极管所构成。一般由三相全波整流桥构成,对工频三相交流电源进行整流,给逆变电路和控制电路提供直流电源。


直流中间电路——由大容量的电解电容构成。对整流电路的输出波形进行平滑,提高直流电源的质量,同时储存、吸收能量。


逆变桥——由可控的半导体器件构成,目前主流是IGBT。在控制电路的控制下,将直流电源转换为频率、电压均可任意调节的交流电源,实现对电机的调速控制。


控制电路——根据用户指令、检测信号,向逆变桥发出控制脉冲,控制变频器的输出。同时检测外部接口信号,变频器内部工作状态等,以及进行各种故障保护。


 


 


维修中常用的十个维修方法


①看:看故障现象,看故障原因点,看整块单板和整台机器;


②量:用万用表量怀疑的器件,虚焊点,连锡点;


③测:测波形,上工装测单板;


④听:继电器吸合的声音,电感、变压器、接触器有无啸叫声;


⑤摸:摸ICMOS管、变压器是否过热;


⑥断:断开信号连线(断开印制线或某些元器件的管脚);


⑦短:把某一控制信号短接到另一点;


⑧压:由于板件虚焊或连接件松动,用手压紧后故障可能会消失;


⑨敲:此办法对判断继电器是否动作有较好效果;


⑩放:在拆卸单板或量电阻阻值前要先把电容的电放掉。


 




(注:下文所有测试数据结果均是由APPA101型万用表测得。)


通电前的重要步骤


判断主回路是否损坏。用万用表二极管档,黑笔接“+”,红笔分别接RSTUVW,如果值都为0.30.5V左右则说明整流、逆变的上桥是好的;反之,红笔接“—”,黑笔分别接RSTUVW,如果值为0.30.5V左右说明整流、逆变的下桥也是好的。如果所测值相差很大或是严重不平衡则说明模块某相已经损坏,此情况千万不可上电。


在判断主回路正常后一般情况下就可以进行上电检查了,由于变频器本身内部电路比较复杂加之保护电路较多,在某些情况下这些电路极易发生故障导致变频器报相关故障。


变频器各种故障代码的检修思路及方法


1、逆变单元故障(OUT


此故障包括OUT1OUT2OUT3,它们分别代表逆变单元UV相、W相故障。此故障一般只出现在驱动光耦使用PC929的机器中,代表驱动板有1270系列、1290AV031250AVS系列、1258AVS系列等。


检修思路OUT故障一般分有上电跳OUT;运行跳OUT;带载加载跳OUT。此原因一般都是因为检测电路检测到逆变管VCE电压异常输出告警信号,当控制板检测到此信号后马上停止驱动输出并显示出故障代码。当然不排除因保护电路本身异常导致的误保护。值得注意的是在某些情况下会因为开关电源输出不稳定影响驱动电路供电导致机器无规律跳OUT故障,如因散热风扇启动电流过大,每次运行风扇启动瞬间即跳OUT。检修时需注意区分。


1)对于上电跳OUT故障:此问题一般都是因为保护电路本身不良或者驱动部分模块门极有明显的短路、断路情况。可以通过屏蔽相应相OUT保护信号判断。如果屏蔽后其它一切正常,则说明问题是因保护电路本身不良引起。屏蔽后运行,如果有三相不平衡,则说明驱动电路或者模块有问题。


2)对于运行跳OUT故障:此问题一般都是驱动电路和模块本身不良引起。首先可以用万用表电阻档测试驱动电路相关部位及模块门极有无明显短路、断路现象。屏蔽相关相OUT保护信号运行,测试驱动波形是否正常(无示波器时可使用万用表交流电压档对比测试各路驱动波形)。重点关注波形的形状、幅度、死区时间等,最后检测IGBT是否损坏。对比其它相测试驱动门极结电容是否正常(万用表电容档)。


3)对于带载加载跳OUT故障:此情况相对前两种来说检修难度稍大。首先,检测保护电路本身是否有元件性能不良。正确检测前提下,对怀疑有问题的二极管、贴片电容采取替换法代换之(注意判断控制板上OUT信号检测电路是否正常,可用替换法)。第二,对比检测驱动电路驱动光耦供电是否正常,门极驱动电阻是否变值。第三,不加载测试驱动波形是否正常。最后仔细判断,测试IGBT本身是否有问题。


 2、电流检测故障(ITE


此故障相对比较简单,一般都是电流检测电路发生故障导致。目前公司主要使用的电流检测电路有两种形式:霍尔传感器检测和7840光耦隔离检测。


1)霍尔传感器检测:对于使用霍尔传感器的电流检测电路上电跳ITE故障只需测试关键点电压即可判断出故障部位。


【霍尔好坏判断】在霍尔±15V供电正常的情况下,霍尔的信号输出脚静态(不带载)电压应为零,如异常则说明霍尔损坏。


【运放电路检测】目前公司所采用的运放IC型号为TL082,其内部包含两路独立运算放大器,1脚,7脚为输出脚,4脚,8脚为±15V供电脚,2356脚为信号输入脚。正常情况下,TL082输出脚静态(不带载)电压为零。


27840光耦隔离检测:7840光耦隔离检测后级同样使用TL082,检测方法同前。


【光耦7840的检测】7840光耦热冷端分别有一组5V供电,实际检修中发现热端的5V供电较容易出现故障导致跳ITE。该5V电源是由相应相的驱动电源通过78L05稳压后加到784014脚。其中784023脚为检测信号输入脚。58脚为冷端5V供电脚(跟控制板5V为同一电源)。67脚为信号输出脚,静态电压(不带载)为2.5V。若检测到56脚电压输出不平衡,一般都为热端5V供电异常或7840本身损坏。值得注意的是:7840热,冷端的5V供电非开关电源开关变压器同一绕组提供,所以在检测电压时注意正确选择接地点。


下图为1240AV08驱动板U相电流检测电路。VW相与之相同。


 


 


英威腾低压变频器维修指南(一)

3)主控板问题导致的ITE故障:主控板上涉及ITE故障的电路较简单,元器件较少。维修时只需测试相关检测点的静态电压即可判断。


正常情况下,主控板上的IuIvIw三个检测点的静态电压为零,若不为零则检测排线是否开路。CPU73脚,79脚,80脚分别为IU-ADIV-ADIW-AD。该三点电压正常为1.6V左右。如检测电压正常但仍跳ITE则判为CPU本身损坏。如若某脚电压异常则只需检测相应脚外部阻容元件是否有损坏。下图为CHV系列1200主控板的V相电流检测电路。U相,W相检测电路相同。


 


英威腾低压变频器维修指南(一)

3
POFF故障


显示POFF故障一般情况只有三种原因:(1)机器检测到的直流母线电压严重偏低。(2)缺相信号异常。(3220V机器电压等级参数设错。


【判断方法】使用键盘或者面膜上的移位键将显示内容切换到显示母线电压状态。用显示值与实测值对比如果偏差较大说明母线检测电路异常。反之,如果两值偏差极小或者相等说明缺相信号异常。目前我们公司所使用母线检测电路有两种:电阻分压和运算比较放大(TL082)。对应关系为检测电路输出的03.3V对应实际母线的01000V,两种电路相对比较简单,维修时只需测试电路中关键点电压即可轻易找到故障点。


检测缺相电路时直接测试缺相板,驱动板上的PL信号是否正常。正常情况PL为低电平,缺相时为方波,掉电时为高电平。需注意:驱动板或者缺相板输出的PL信号在主控板上还经过了电平切换后才送入CPU,维修时需注意判断故障是由主控板还是缺相板引起。



 

4OU过压故障


 OU故障分为加速运行过电压、减速运行过电压、恒速运行过电压。它们分别对应的故障代码是OU1OU2OU3


 OU1OU2故障检修思路此类故障一般都是由于外部因素或使用不当导致。如输入电压异常;加减速时间设置不当;负载惯量太大;瞬时停电后对旋转中的电机再启动等。


OU3故障检修思路此故障一般是因母线检测电路工作异常导致CPU误认为母线电压过高而报OU3故障。维修时只需根据原理图测试母线检测电路输出的VPN(部分机为VDC)电压是否正常。正常情况下该电压与实际母线电压成正比。实际母线电压1000V对应VPN电压3.3V。主控板上的VPN检测电路较简单。可参考下面图a。图a中左边的VPN信号来自驱动板,右边的VPN-AD信号送入CPU75脚。图b1240AV08驱动板的母线检测电路,采用电阻分压式,原理较简单,目前公司15KW以下机型采用此电路。维修时可做参考


 


 


英威腾低压变频器维修指南(二)

经验表明,母线检测电路易发故障点有:运放的输入串联的多个高阻值电阻有开路;运放反馈电阻开路;采用电阻分压检测电路的分压电阻易阻值增大或开路;
CPU异常等。维修前还需注意OU3故障是否因PE组(厂家功能组)的电压等级参数设置错误导致。


5SPO输出缺相故障


输出缺相故障一般有两种原因:(1)某相电流检测电路异常;(2)某相驱动电路异常。


【电流检测电路引起的SPO故障】观察测试电流检测电路有无明显虚焊,开路现象;不带载测试电流检测电路中各关键点电压是否正常(参考ITE故障的相关测试数据);带载测试(如带载就跳SPO或者运行到某个频率跳SPO,可选择带小功率电机)三相输出电流是否平衡,用万用表交流档测试三相霍尔的输出脚电压是否平衡,霍尔后的放大电路输入输出电压是否平衡,如某相不平衡则说明异常;主控板上的IUIVIW检测电路及CPU是否正常。实际经验证明,霍尔、放大电路电阻、7840光耦、排线易导致此类故障。


【驱动电路导致的SPO故障】测试三相输出电压是否平衡;测试驱动波形是否异常;输出相对地是否有短路维修时根据实际测试数据向前排查。


6、过流OC故障


过流OC故障分为3种,即OC1OC2OC3,其中OC1表示加速运行过电流,OC2表示减速运行过电流,OC3表示恒速运行过电流。


对于OC故障维修时建议采用先外后内的原则,即先判断故障是否因为参数设置不当,输入电网波动,干扰严重,负载电机短路,负载惯性过大,变频器功率偏小等而导致。最后再检测变频器内部相关硬件电路。跳OC故障分为多种情况,维修判断时需注意区分。


1)上电OC3:先判断故障是因驱动板的原因还是控制板的原因。


【判断方法】用万用表直流电压档测试驱动板上IUIVIW三点电压,正常情况下为零。若电压正常则说明OC3故障是因控制板异常导致(包括34P排线)。若测的三点电压某相不为零则说明驱动板上的电流检测电路异常。


【驱动板OC3故障检修方法】


光耦7840的检测:7840光耦热冷端分别有一组5V供电,实际检修中发现热端的5V供电较容易出现故障。该5V电源是由相应相的驱动电源通过78L05稳压后加到784014脚。其中784023脚为检测信号输入脚。58脚为冷端5V供电脚(跟控制板5V为同一电源)。67脚为信号输出脚,静态电压(不带载)为2.5V。若检测到56脚电压输出不平衡,一般都为热端5V供电异常或7840本身损坏。值得注意的是:7840热,冷端的5V供电非开关电源开关变压器同一绕组提供,所以在检测电压时注意根据原理图正确选择接地点。7840隔离处理后的信号由56脚输出送往后级TL082组成的运放电路。TL082内部集成了两路独立的运放电路。其引脚定义为:84脚为正负15V供电脚;2356脚分别为两路运放的同,反相输入端;17脚为两路的输出脚(IUIVIW)。正常状态下,TL082每路运放的同,反相输入端电压相等,故在其供电正常、反馈回路正常的情况下其输出(17脚)电压应为0。若电压异常,则说明TL082损坏。


霍尔传感器的检测:同上文ITE故障检测方法。


主控板OC3故障检修方法


 目前公司几大系列机型主控板上的电流检测及限流保护电路基本相同。即都采用由TL082运放电路组成的信号跟随器和LM339LM393组成的电压比较电路构成。LM393内部含有独立的4路电压比较器,每路比较器同运算放大器相同都有一个同相输入端和反相输入端,其工作原理是:如果同相输入端电压高于反相输入端电压1.6V时则输出为高电平3.3V,反之如过同相输入端电压低于反相输入端电压1.6V则输出为低电平0V。正常情况下主控板上的OCOC1OC2点电压(比较器输出端)为高电平3.3V。维修时可直接根据此三点电压值逐级向前查找故障点。具体测试点及电压值可参考相应图纸。


2)带载OC1OC3


此故障现象表现为上电及空载运行(不带电机)正常,带上电机运行即跳过流故障。维修时首先空载测试驱动板电流检测电路及主控板限流电路中各关键点电压是否偏离正常值。实际经验表明:由于某原因导致某点电压稍微偏离正常值,但又未达到故障触发电压,表现为空载运行正常,但带上负载后由于瞬间电流变化使该电压变化幅度增大并达到故障触发电压表现空载正常带载运行跳故障的情况。如所测电压都正常可选择带小功率电机动态测试电流检测电路各输入输出点电压是否正常(三相对比测试)。维修报表数据及经验表明此故障多由霍尔传感器、分流器、光耦7840异常导致。


3)加载OC3


首先排除变频器是否因参数设置和负载原因导致的加载或者电流加载到一定值时报OC3故障。参考带载OC3故障测试关键点静态电压是否正常;观察电流检测电路是否有虚焊,接触不良的情况;对比三相测试电流检测电路中的关键器件在路阻值;采用替换法代换易损及可疑元件,如霍尔、光耦7840、贴片电容。


7UU故障


UU故障是变频器在运行(含加速恒速减速)中,DSP检测到母线电压偏低导致。可能的原因有两种:(1)母线电压检测电路故障:即实际的母线电压正常,但母线电压检测电路本身故障造成。(2)母线电压低于欠压点:即实际的母线电压低于电压等级对应的欠压点后导致故障。


排查故障时:(1)检查电源(输入端)电压是否正常(电压大小和三相平衡);(2)测量VPN电压(VPNGND间),同时查看键盘的母线电压显示,两者比例要满足3.31000;(3)给运行命令后马上检查主回路继电器或接触器是否吸合且触点是否导通;(4)上述都正常情况下,从新带载测试然后老化,如果没有问题则很可能是排线接触不良导致。


注:UU故障基本都是继电器未吸合或吸合后未导通,且在带载状况下出现。所以为防止烧坏器件,在上电时要注意听继电器或接触器的吸合声。VPN测试点如图:


英威腾低压变频器维修指南(二)


8OL1OL2故障


OL是通过软件比较计算后报出的保护电机或变频器的故障,都属“软”故障,可以通过调试解决,一般不涉及维修。


OL1可能是:(1)电网电压过低;(2)电机额定电流设置不正确,偏大偏小都可能导致;(3)电机堵转或负载突变过大;(4)大马拉小车。


OL2可能是:(1)加速太快;(2)对旋转中的电机实施在启动;(3)电网电压过低;(4)负载过大。


9SPI故障


SPI是输入缺相检测故障,一般在上电时如果缺相的话会跳此故障,运行中缺相的话会跳UU故障,UU前面已经说过。造成的原因可能是:(1)在输入缺相保护打开的状况下,输入电源缺相;(2)在输入缺相保护打开的状况下,输入缺相检测电路故障。


排查故障时:(1)检查电源输入是否正常(缺相或三相不平衡);(2)检查输入缺相测试点PLGND之间电压,正常直流5V,缺相时为方波。


PL测试点如下图:在输入电源正常情况下,如果PL输出缺相,则很可能是前端整流管击穿或限流电阻开路等器件原因造成。也有排线接触不良造成。


 


 


英威腾低压变频器维修指南(三)

10
OH故障


OH是过热故障,通过检测热敏电阻阻值变化来输出故障。OH1:整流模块过热  OH2:逆变模块过热。跳故障的原理一样,都是用热敏电阻的温度特性引起阻值变化后,通过DSP比较计算进行故障输出。造成故障的原因:(1)风扇不转或风量减小,造成模块或散热器温度过高;(2)风扇运转正常,散热器风道被杂物堵住,造成模块或散热器温度过高;(3)温度电阻失效(短路),造成故障。


故障排查时:(1)查看风扇是否正常运行,风道是否被堵;(2)检测TEMPGND间电压,常温下为直流1.1V左右。所测电压越低则键盘显示温度越高。检测电路如下图。


 


英威腾低压变频器维修指南(三)

图中
RG即热敏电阻,常温阻值为10K。过热故障大部分都是因环境恶劣,堵塞散热器风道导致。


11BCE故障


BCE是制动单元故障,通过检测制动管CE间的电压(即Vce电压)来判断故障。可能造成的原因有:(1)外部制动电阻阻值偏小;(2)制动管VceVbe有击穿现象;(3)制动管Vce检测电路故障。


380V D体积为例,排查故障时:(1)断开电源测量GBGN阻抗,正常为7.5K,偏小说明制动管门级可能击穿短路;测量PBN之间二极管特性,正向不导通,反向状态下应为0.8V左右。(2)如果外接制动电阻请先断开,看是否还出现BCE故障。(3)未接制动电阻且未达制动电压情况下,测量PB“-”端子间电压,正常为16.5V左右。(4)如果上述都正常,则BCE故障是控制板或者排线接触不良导致。(5)更换排线看是否故障排除。(6)检测控制板F-BAKGND间电压,正常为OVF-BAK1GND间电压正常为3.3V。检测电路如下图:图中FIGBTF-BAK为同一信号。


 


 


英威腾低压变频器维修指南(三)

12
EFCE故障


EF为外部故障,使用外部端子故障输入时,通信发生问题或误动作造成。CE为通信故障,使用通信协议远程控制时,通信短线或误指令造成。


13TE故障


TE为电机自学习时故障。造成原因如下:(1)电机容量与变频器容量不匹配;(2)电机额定参数设置不当;(3)自学习出的参数与标准参数偏差过大;(4)自学习超时。


14EEP故障


EEPEEPROM读写故障,与EPROM通信时中断或乱码,一般为EPROM损坏导致。


15PIDE故障


PID反馈短线故障,外接PID设备反馈短线或PID反馈源消失导致。

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