电压检测电路的原理和维护方法

电压检测通常包括主电路电压检测、三相输入电压检测和三相输出电压检测，大多数变频器仅检测主电路电压,少数变频器还会检测三相输入电压或三相输出电压。

1.主电路电压检测电路及检修

变频器的主电路中有500多伏的直流电压,该电压是否正常对变频器非常重要。检测主电路电压有两种方式:直接检测和间接检测。

(1)主电路电压直接检测电路及检修

1)电路分析。主电路电压直接检测电路如图10-1所示。

主电路P、N两端的直流电压经电阻降压后送到U14的2、3脚,U14(A7840)是一种带光耦合的放大器(其内部结构如图10-1所示),从U14的2、3脚输入的电压经光电隔离传递并放大后从7、6脚输出,再送到LF353进行放大从1脚输出,输出电压经电位器和R₁₇₄送至CPU的53脚,主电路的直流电压发生变化,送到CPU 53脚的电压也会发生变化,CPU可根据该电压值按比例计算出主电路的实际直流电压值(主电路电压为530V时VPN点的电压约为3V),再通过显示器显示出主电路的电压值,CPU也可以通过该电压识别主电路电压是否过电压和欠电压等。

78L05C为电源稳压器,开关变压器绕组上的电动势经二极管VD₄₁对C₄₆充得一定的电压,电压送到78L05C的8脚,经内部稳压后从1脚输出+5V供给U14的1脚作为输入电路的电源。

2)电路检修。图10-1所示的主电路电压直接检测电路的常见故障有变频器上电后马上报过电压(OU)或欠电压(LU)。

检修过程如下:

图10-1 主电路电压直接检测电路

①测量主电路是否正常(500多伏),不正常应检查主电路。

②若主电路电压正常,可测量VPN端(电位器中心端)电压,正常为3V,如果该电压偏高或偏低,则说明主电路电压检测电路有故障,可按后面步骤继续检查。

③测量A7840输入和输出侧的+5V供电是否正常,不正常检修相应的供电电路。

④测量A7840的2、3脚之间的电压,正常应有0.1V以上的输入电压,用导线短路2、3脚,测量LF353的1脚(输出脚)电压,若电压有明显下降,说明A7840、LF353及有关外围元器件正常,故障原因可能是电位器不良或失调,可重新调节。

⑤如果短路A7840的2、3脚,LF353的1脚电压变化不明显,可进一步测LF353输入脚电压,正常为3V左右,短路A7840输入脚后电压会变为0V,如果电压不变化,则A7840及外围元器件损坏,若电压有变化,则为LF353及外围元器件损坏。

(2)主电路电压间接检测电路及故障分析

1)电路分析。主电路电压间接检测电路不是直接检测主电路电压，通常是检测与主电路电压同步变化的开关电源的某路输出电压，以此来获得主电路电压的情况。主电路电压间接检测电路如图10-2所示。

开关变压器T₁二次绕组的上负下正电动势经VD₁₆对电容C₂₅、C₂₄充电,得到上负下正电压,该电压经电位器RP送到放大器U15d(LF347)的3脚,放大后从1脚输出,经R₂₈、R₁₀₄送到CPU的47脚。当主电路的直流电压变化时,C₂₅、C₂₄两端的电压会随之变化,U15d(LF347)的1脚也会变化,送到CPU 47脚的电压变化,CPU以此来获得主电路电压变化情况。

在电动机减速制动时,电动机工作在再生发电状态,电动机会通过逆变电路对主电路储能电容充电,主电路的直流电压升高,U15d(LF347)的1脚输出电压升高,U10b(比较器)的6脚电压升高,当主电路电压升高到一定值(如680V)时,会出现U10b的6脚电压会大于5脚电压,U10b的7脚输出低电平,该低电平作为制动控制信号去后级电路,让主电路中的制动开关管导通,释放储能电容两端的直流电压,同时为电动机再生电流提供回路,让回流电动机的电流对电动机进行制动。很多变频器的制动控制信号由CPU发出,本电路则采用检测主电路电压来判别电动机是否工作在制动状态,若主电路电压上升到一定值,制动检测电路认为电动机处于制动工作状态,马上输出制动控制信号,通过有关驱动电路让主电路中的制动开关管导通,对电动机进行制动控制,同时通过放电将主电路储能电容两端的电压降下来。

图10-2 主电路电压间接检测电路

如果某些原因使主电路电压上升过高,U15d(LF347)的1脚输出电压也会很高,U10a(比较器)的2脚电压很高,当2脚电压大于3脚电压时,U10a的1脚输出低电平,该低电平作为OU(过电压)信号经后级电路进一步处理后送给CPU,CPU根据内部设定程序作出相应的保护控制。

2)故障分析。图10-2所示的主电路电压间接检测电路的故障分析如下:

①变频器上电后,马上报过电压(OU)。这是U10a电路报出的OU信号,故障原因有供电电压偏高;U10a电路有故障,误报OU信号。

②变频器运行过程中报过电压(OU)或欠电压(LU)。故障原因有:主电路存在轻度的过电压或欠电压,由U15d检测送CPU;U15d及外围元器件参数变异,误报过电压或欠电压;主电路电压异常上升,使U10a的2脚电压大于3脚电压,而输出OU信号(低电平);U10a及外围元器件参数变异,误报OU信号。(www.xing528.com)

2.三相输入电压检测电路及检修

三相输入电压检测电路用来检测三相输入电压是否偏低或存在断相。当变频器三相输入电压偏低或断相时,主电路的直流电压也会偏低,若强行让逆变电路在低电压下继续工作,可能会损坏逆变电路,三相输入电压检测电路检测到输入电压偏低或断相时会送信号给CPU,CPU会作出停机控制。

(1)电路分析

三相输入电压检测电路如图10-3所示。

图10-3 三相输入电压检测电路

三相交流电压通过R、S、T三个端子进入变频器,分作两路:一路去主电路的整流电路,对主电路的储能电容充得500多伏的电压,另一路经压敏电阻和阻值很大的电阻降压后送到D₁₇~D₂₂构成的整流电路,对C₄₄充电,在C₄₄上得到上正下负的电压。如果R、S、T端子输入的三相交流电压正常,主电路储能电容两端电压正常,三相输入电压检测电路中的C₄₄两端电压较高,它通过PC13内部发光二极管击穿稳压二极管D₂₃,有电流流过PC13,PC13内部光敏晶体管导通,产生一个低电平信号去CPU;如果R、S、T端子输入的三相交流电压中有一相电压偏低或缺少一相电压,主电路储能电容两端电压下降,同时三相检测电路该相输入压敏电阻不能导通,只有两相电压送入检测电路,C₄₄两端电压下降,无法通过PC13内部发光二极管击穿稳压二极管D₂₃,PC13内部光敏晶体管截止,产生一个高电平信号去CPU,CPU发出输入断相报警,并作出停机控制。

(2)故障检修

图10-3所示的三相输入电压检测电路的常见故障为变频器报输入断相。

故障原因如下:

1)三相输入电压检测电路中有一相电路存在元器件开路,如R₅₃、R₁₃、R₁₄、D₁₇开路。

2)R₂₀、D₂₃、PC13开路。

3)C₄₄短路。

3.三相输出电压检测电路及检修

(1)电路分析

三相输出电压检测电路通常用来检测逆变电路输出电压是否断相。图10-4所示是一种常见的三相输出电压检测电路。

图10-4 一种常见的三相输出电压检测电路

主电路的500V以上的直流电压经R₆₆、R₆₇降压后得到约2.7V电压,该电压提供给IC5的4、9脚(比较器同相输入端)和IC6的4脚,在变频器待机时,逆变电路的IGBT均处于截止状态,IC5的5、10脚(比较器反相输入端)和IC6的5脚的电压均为0V,比较器输出均为高电平,A2261V的3脚为高电平,内部光耦合器不导通,6脚输出高电平。在变频器正常工作时,逆变电路的IGBT工作在导通截止状态,U、V、W端有较高的电压,该电压经降压后送到比较器反相输入端,使反相输入端电压大于同相输入端电压,比较器输出低电平,A2261V内部光耦合器导通,6、5脚内部晶体管导通,6脚输出低电平,该低电平去CPU告之本相输出电压正常,如果逆变电路某相上桥IGBT开路或下桥IGBT短路,以U相为例,U相上桥IGBT开路会使U端电压变为0V,比较器IC5A输出高电平,PC17内部光耦合器不能导通,6脚输出由低电平变为高电平,CPU根据该变化的电平知道本相出现输出断相,马上停机保护。

(2)故障检修

图10-4所示的三相输出电压检测电路常见故障为输出断相报警。

故障原因如下:

1)逆变电路某相上桥IGBT开路,或下桥IGBT短路。

2)三相输出电压检测电路中的某相检测电路存在故障,以U相为例,R₅₇、R₆₉开路,IC5A、A2261V损坏等。