一篇文章让你了解通用变频器维修的全部方法

时间:2017-04-27 13:27来源:妙工科技原创 作者:妙工科技 点击:
有简单电工知识至少知道三相交流电是怎么回事,认识电容、电阻、二极管、三极管、可控硅(晶闸管)、IGBT,运算放大器(比较器)且能判断好坏,懂得开关电源简单维修并能看懂工作原理图
 
前言:
      重庆妙工科技有限公司潜心于工业控制产品维修技术,我们做这篇文章的目的不仅要争取做到史上最详细(单篇文章),还要争取做到通俗易懂,只要有电子基础的维修技术人员,看了我们的文章就能修变频器。文章会从易到难一步步介绍,如果是初学者,需按步骤一一看懂,大师傅们请跳过绕道。声明:这里说的有电子基础是指能熟练使用电烙铁、万用表等工具,有简单电工知识至少知道三相交流电是怎么回事,认识电容、电阻、二极管、三极管、可控硅(晶闸管)、IGBT,运算放大器(比较器)且能判断好坏,懂得开关电源简单维修并能看懂工作原理图。维修变频器可不像现在液晶电视一类的家电维修,判断问题后换张电路板就解决问题(当然我说的是普遍现象,芯片级液晶电路板维修的也有很多),变频器维修一般情况下没有整板可以换,小功率的变频器即使能找到电路板换了也不赚钱,不赚钱的事我们可不提倡,我们同时也不提倡同行恶意杀价,我们希望每一个技术从业人员都能挣到钱,通过自己的努力后能够获得与自己技术价值相对应的可观收入。有点扯远了,马上进入正题。
    本文主要分以下几部分:
1.       什么是变频器及其工作原理。
2.       变频器的主要结构
3.       维修变频器的分类。
4.       变频器维修基本条件。
5.       通用变频器维修概述。
6.       变频器维修重点难点。
7.       变频器维修经验总结
第一部分:什么是变频器。
      变频器是给三相异步交流电动机调速的供电装置。由于三相交流电应用广泛,所以三相交流电动机应用也广泛,具体为什么请学习电工知识。变频器发明的原因:一是解决了大功率电动机启动时电流过大对电网的冲击,取代了星三角启动和软启动器,二是实现了无极调速,取代了结构复杂的多极电磁调速电机。
      变频器工作原理简要描述:三相交流电经过整流滤波后得到直流母线电压,CPU控制逆变单元按一定的规律和频率交替导通(注意这个交替导通很关键,理解了对后面的维修有直接帮助),从三个中间点即U/V/W三相输出转换成电压和频率可控的三相交流电,驱动电动机旋转。电动机的转速和频率成正比。
具体工式如下:
      n=60*f/p (n --------电机转速(numble),单位:转/分(rpm)。f -------交流电频率(frequency),单位:Hz。p -------电机磁极对数(pair),单位:对(p)。)看不懂公式没有关系,记着频率越高电机转得越快就完了。
      这里还有一个重点,就是逆变单元即IGBT的工作原理,我们先要了解的是一体式集成IGBT,它是一个模块集成了六只IGBT,刚好够一台变频器使用(此处忽略制动部分),一般应用在大约37KW以下小功率变频器上,我见过的英飞凌集成IGBT模块最大100A,三菱标的150A,再大就是两只IGBT组成的模块的,当然还有更多形式,这里只讲基础知识和常见的东西,因为这篇文章是针对初学者。
常见外观如下:
集成式IGBT模块电路图如下:
      第一部分的最后一个重点,是要把这六只IGBT,即这个集成模块的原理图看懂,这个看懂了,变频器的工作原理就懂了,后面不管修什么品牌、多大功率的变频器都能举一反三。如果看不懂学习后面的内容也没用,那就别谈维修变频器的事了,即使是会维修也不可能精通。IGBT模块有一正一负两根直流进线,叫直流母线,模块有三根交流出线输出电机的UVW,六只IGBT就相关于六个开关,这六个开关在CPU程序和驱动电路作用下交替导通,按照程序还原出频率、曲线可控制的三相交流电,提示:不管是交流电还是直流电,都是由电子的运动产生的,只是运动的方向不同。每相的上下臂如果同时导通则正负极短路,CPU和驱动电路决定了它们的导通时间,使得上下臂不短路,这是变频器维修重点。
 
第二部分:变频器的主要结构。
        变频器的主要结构可以用一句话来形容:交流变直流,直流再变交流。先说交流变直流的基础理论,首先一个原理要知道的是,交流耦合变压器不管是降压还是升压,变出来的还是交流电压,需要通过二极管整流之后才能得到直流电压,但是这个直流电压是不纯净的,用示波器就可以看到它还带有交流成分,需要加上滤波电容,去掉交流成分,电容的作用是隔直通交,这是电工常识里的理论。常说变频器里的大电容是储能电容,我觉得那是另一层定义。反正一句话,整流电路将三相交流电整成直流电,IGBT再将直流电调制成性能可控的三相交流电,这就是变频器的主要结构。
        变频器的详细结构按功能分类有:整流电路、滤波电路、开关电源、CPU主板、I/O接口电路、驱动电路、IGBT逆变电路、检测电路。以最普通的国产小功率(几千瓦到十几个千瓦)变频器为例,变频器的工作结构按电路流程描述如下,三相交流电接入三相整流桥,整流后得到直流母线电压,经过充电电阻供给储能电容,当电容直流电压达到开关电源工作电压后,开关电源启动并输出电压供给CPU主板电压和驱动板,CPU主板工作后显示屏工作,同时检测电源电压正常后指令继电器将充电电阻短路,以确保后续电流供应。驱动电路工作后将IGBT各组控制极严格锁定在关断状态,当I/O电路接到运行、方向、频率等工作指令后,CPU命令驱动电路按程序设定的规律导通各个IGBT,产生一个频率和曲线特性可控的三相交流电流,驱动电机按照用户设定的方式运转。
      更大功率的变频器基本结构也是如此,大同小异,比如不同的地方可能有,三相整流桥可能是普通整流桥加三相半控桥可控硅一起组成整流电路,少了充电电阻和继电器,比如雷诺尔RNB3000/70KW变频器、施耐德ATV61/45KW变频器,都是这种结构。维修这类变频器时注意一个特征,一是找到主整流电路的可控硅及触发电路,二是找到CPU板530V直流电压的供电电路,可控硅导通之前电子板是如何得到工作电压的,这两点搞清楚了,维修其他问题就和普通变频器一样了,基本都是按照故障代码去修。再大一点的变频器可能使用三相半控桥整流,用可控硅作为充电短接元件。

第三部分:变频器的分类。
        一般分类方法都是通俗易懂的,各大变频器品牌官方网站的分类叫法基本都一致:通用型变频器、风机水泵型变频器、重载型变频器、矢量变频器、电梯专用变频器、煤矿防爆变频器、中压变频器、高压变频器,这些都是按功能用途来分类的。对于变频器维修技术人员来讲,我认为分成三类:开环工作的变频器、闭环工作的变频器、中高压等特殊变频器。开环变频器维修方法,随便找个小电机都可以试机,维修时遇到得也是最多的一种,闭环变频器(其实伺服驱动器也应该包含在这一类里面)如电梯专用变频器,维修时需要接入控制系统和反馈器件,维修比较麻烦(当然也有一相当部分品牌的电梯变频器是可以设置成开环模式来调试的,只不过一般修变频器的人员包括我自己,对这种机器的设置不了解不熟悉,更不敢轻易恢复参数因为装到电梯上不会调试)。中高压压变频器里面中压变频器维修倒是还比较接近通用变频器,但是高压变频器我想接触过的人就不多了,一是用户少,品牌少,二是像利德华福这种品牌,人家的客户都是备案的,一般的企业想维修都未必能买到配件(这里指整板,因为不了解暂不作讨论)。
      很多通用型变频器其实都是可以扩展PG卡完成闭环工作的,总的来讲这种应用占少数,而且维修的时候可以改成开环来维修,所以我认为跟电梯变频器区别还是很大,于是分类时将它们区别开来。日常工作中维修最多的变频器就是可以开环运转的变频器,文章中一般情况下默认的也是针对通用变频器。
 
第四部分:变频器维修基本条件
      据我了解有相当一部分维修变频器的从业技术人员都是从家电维修技术转行过来的,这也是非常切实有效的途径,不管是维修什么电子产品,扎实的电子电路基础都是必不可少的软件条件。这些知识包括但不仅限于:电阻(包括色环电阻、贴片电阻)、电容、二极管、三极管、电感、可控硅、场效应管、IGBT、光电耦合器、单片机、MCU、CPU、比较器、各种传感器的识别、参数替换、好坏判断、拆装更换,掌握开关电源电路、振荡电路、比较器放大器电路等基础电路的分析。如果这些知识不全面,维修变频器时就可能遇到各种各样的瓶颈。
      硬件方面必要的有三相或者单相380V电源,一般办公室或者写字楼里面没有供应三相交流电,可通过购买一只220V变380V的变压器来给变频器供电,如果变频器出现缺相保护,可通过参数将其报警功能屏蔽,一般规律是这样,11KW以下变频器基本没有缺相保护,11KW至50KW的变频器,输入缺相保护可以通过参数设置屏蔽,更大的变频器包括前面所有变频器缺相保护都可以通过短接检测光耦来实现不保护。然后是一台小功率三相交流电动机,几百瓦到几千瓦均可,用于测试变频器,功率不宜过大,要考虑维修小功率变频器,大功率变频器拖小功率电动机没问题,小功率变频器可拖不了大功率电动机,我公司一般都是备一台100W的电机和一台2.2KW的三相交流电机用来测试变频器。另外就是工具,包括防漏电电烙铁、拆装贴片元件用的热风焊枪、各种扳手螺丝刀等常用工具、测量控制电路用数字万用表、测量静态电路用指针万用表、维修大功率变频器用钳形电流表等等。在此特别要提示一下仪器仪表,如果是想要专业从事变频器维修的技术人员,最好是把数字表和指针表都配好点,不耐用不准确的工具只会带来更大的损失,而不是省掉几百块钱,曾经就遇到过有人用坏的表把原本正常的电路测量出不正常的结果,然后查上一整天也没有找到原因,所以工具上宁可多花钱,省下的时间远不止那几百块。
      推荐福禄克数字万用表,反应快,测量准确,用于通电测量驱动电路的电压平衡,这部分电路对变频器起着至关重要的作用,因为数字表内阻小,不会影响光耦工作,如果用指针表可能会导致变频器工作异常甚至烧坏IGBT。台湾宝工或者日本三和的指针式万用表测量准确,反应速度快,用于测量二极管、三极管、IGBT等元件的静态导通阻值,有的人可能会说,拿数字表也能测,我个人觉得数字表没有指针表测得准。至于示波器这种仪器,维修变频器时用处不大,不是必须要购买的设备。
 
第五部分:通用变频器维修概述
      既然是通用概述,方法就是概括的,切不可认为看了这些介绍就会维修变频器了,变频器损坏会有各种各样的故障和现象,不是靠一篇文章就能总结完了。但是有些东西是万变不离其中,所以经验的总结又是非常有用的。
      第一点,维修一个品牌或者某型号的变频器时,必须要知道这台变频器是如何使用的,最起码要搞明白,如果这台变频器是好的,如何让输出的电动机转起来,不然怎么证明你是维修好了呢?那么上百个变频器品牌,上千个型号,怎么能快速做到掌握变频器的操作方法呢,其实很简单,几乎每一个型号的变频器都有PDF文档说明书,极少数是Word说明书,只要是正规厂家生产的机器,要么在其品牌官网上,要么在百度文库等类似网络平台上,都能找得到下载,只是很多时候需要帐号注册,极少需要付费的,具体方法全靠自己摸索,实在不行打电话给生产企业的客服,叫他们给传一份到邮箱,一般企业都有这服务。拿到说明书以后接线图一目了然,修改参数的方法也不难找到。不过也有一些比较另类的品牌,比如三菱、施耐德、科比等等品牌的说明书比较难懂,不像ABB、安川、台达这些品牌的说明书容易理解,西门子是个特殊,因为其品牌强大产品应用广泛,了解的人自然熟练,不了解的人看着还是比较绞脑筋,国产变频器基本都一个风格,菜单结构大同小异,反正很容易理解。如果是新手实在不熟悉,就记住三个要点,变频器要转起来,至少要三个要点:运转指令、速度指令、方向指令,这是三线制接线,很多情况下都是用的二线制接线,方向和运转是一起的,比如REV/FWD分别接COM再加上频率即可以正反转。
      第二点,维修任何一个产品前,我们心里要必须要有一个概念,那就是要知道我今天维修的这个变频器或者是其他任何设备,有什么样的问题,维修后要达到什么效果。变频器有什么样的问题,大多数情况下客户都会告诉你,少数不知道的可以自己试机,比如不通电,不工作,有报警代码等等。维修后要达到什么效果,比如不通电的修成通电了,不工作的电机维修后能工作了,有报警代码的维修后代码消失了,这就是维修的一个基本要求,这一点一定要彻头彻尾的执行到维修工作中去,看似简单的这一点却最容易让人忽略。
关于变频器维修最常见的几大故障类别。
      1.变频器不通电维修。前面说了,变频器的第一个部分是将交流电变成直流电,所以接到一台不通电的变频器,第一步是测量整流电路坏没有,三相整流桥和单相的桥式整流一个原理,只是多两只二极管而已。整流检测过了就该检查滤波电容和充电电阻、继电器,这一步过了就该能测量到五百多伏的直流电压,这个直流电压除了供给IGBT的正负极,还必须要同时供给开关电源,如果开关电源正常工作,输出电压一般包括:24V,5V,正负15V,或者12V,这时如果电压有、CPU板没坏,变频器的面板或者指示灯该亮了。如果还不显示正常字或者故障代码,该确认各组电压是否正常,一般国产变频器有标注,进口变频器很少标得靠经验或者看电路来分析,从滤波电容的耐压上可以看得大概,比如35V耐压的电容估计实际电压也就二十几伏。如果电压正常,该检查CPU电路板了,这种情况非常少,属于维修变频器的比较高级的范畴,这里不多作分析。
      2.变频器不通电维修之开关电源。开关电源是每一台变频器必不可少的电路,主要作用不仅是供应控制电路电压,还要供应IGBT的截止和导通电压,所以开关电源就像是变频器的心脏,维修变频器的首要重点。现在几乎所有变频器都采用了UC2844、3844系列脉宽调制芯片加MOS场效应管组合成脉宽调制电源,而很少采用三极管式自激振荡开关电源,当然也有,比如市场广泛应用的TECO东元7200MA。这部分电路的工作原理与维修方法网上可以找到无数多的介绍,本公司网站也会在其他栏目单独介绍。
      3.变频器烧坏IGBT模块维修。这可以说是通用型变频器维修中最常见最高发的故障,没有之一。首先变频器上的IGBT模块和可控硅工作原理不一样,可控硅自身导通与不导通都不存在短路,只有负载过流时可控硅才可能坏。而变频器上的IGBT模块由于其工作特性特殊,需要一个截止负压才能完全的截止,而导通时需要一个正电压才能导通,更重要的是变频器输出模块每一相的上下臂是不可以同时导通的,否则直接将电源正负板短路,这也是变频器经常炸IGBT的一个重要原因,一般都是驱动电路问题,也有相当一部分是IGBT过流短路同时造成驱动元件或者保护元件短路,所以,维修变频器时更换IGBT容易,维修驱动电路才是重点。
 
      4.变频器驱动电路维修。变频器的驱动电路主要是光电耦合器翻转电路,维修变频器的驱动电路有三个步骤。一是供电,光耦需要的是一个正负供电,功率模块的上下臂中只有下臂的三组供电是共地的,上臂的三组供电是独立的,比如开关电源输出独立的24伏电压,用一只9V的稳压二极管和一只电阻串联后分压,电阻一侧得到15V电压,电阻与稳压二极管相连的地方即为中点,中点对24V的正极为正电压,对24V的负极为负电压,这个原理理解明白了后,修驱动电路就非常容易。变频器三相共六个臂,下面三个臂(包含制动单元的控制光耦)是共用负极作为地,所以这三个光耦可以共用电源,上面三个臂的地分别是三相输出点UVW,要单独供电,所以我们常见的变频器光耦供电电路有四组。二是更换光耦,如果光耦短路、发热、不能正常导通,需要更换掉,更换后测量时可以用一组3V的干电池作为导通电压,同时用万用表测量光耦输出端的电压有没有发生偏转。三是保护元件维修更换,一般都是由电阻、电容及双向防雷二极管组成的,这种二极管在IGBT炸裂时容易短路,正常时相当于开路状态。
      驱动光耦大致分三种类型,第一种是普通的以3120,250为代表的八脚光耦,也是最常用的,1、4脚空,2、3脚为输入,5、8脚供电,6、7脚要么连一起,要么只用一只脚作为控制输出。第二种是以PC929、316J为代表的多功能型,除了有第一种光耦的功能外还多了一些比如检测之类的功能,第三种是三相或者更多相集成型光耦,很少见于一些小功率小品种变频器上,比如路斯特、三菱、施耐德这些品牌的变频器上都有见过,可以先暂时忽略不研究。
 
第六部分:变频器维修重点难点
      不管修什么电路都难逃一个规律,总是大电流、高电压的电路容易坏。PWM开关电源常见问题有:整流到滤波电路开路,这很容易判断,但通常伴随功率管击穿、对地电阻击穿,如果这些都有问题,PWM调制芯片大多是有问题的,其他常见问题比如,UC2822无启动电压,无续流电压,开关变压器输出开路,输出无反馈等等,特别注意的是二次供电时的电容老化后容易引起很多奇怪的现象,特别是容量轻微变化时,修过彩色电视机的师傅就有经验,这个电容通常是47UF/50V,变频器上面也有用到56UF、82UF、100UF的。要找到它很容易、开关变压器初级有两个线圈,其中不是接功率管那个线圈就是整流管后接这个滤波电容,用来给脉宽调制芯片供电的。
      光电耦合器及驱动电路维修是变频器维修中最常见的,伴随IGBT模块击穿,也是重点难点,当然,方法对了就能保证模块一个都不烧,其实这是一个小秘密,一般情况下变频器维修师傅都是不愿意把这个方法告诉别人的。维修IGBT击穿的变频器时,先将驱动电路以外的电路维修正常,换上新的IGBT时注意在直流母线供电的正极串上一个灯泡,就可以试运转了,如果模块过流灯泡会亮,直到保护作用。变频器启动后测量三相输出,如果不平衡,说明驱动电路异常,用万用表测量六组驱动电压,很容易就能对比出哪一组没有正常工作,然后维修光耦电路就行了。直到输出平衡后,将灯泡换成小电流的保险,接上一台小功率电动机,这时试机基本成功率很高,因为串灯泡时没有问题说明模块和驱动都正常了。串联灯泡的位置,小功率的直接把铜箔割开,中功率的直流母线上一般有保险的位置,大功率更好办,直接将铜排和螺丝断开,只需要你看懂主回路的来龙去脉就很容易。光耦及驱动电路是否正常一般可以使用静态维修法,即变频器不需要频率运转时也可以维修,给光耦供电后,在初级供1.5V直流电压,光耦输出侧电压将由约负9伏变为约正15伏。
      比较器及外围电路异常是变频器维修中的疑难故障,进线电压检测电路的比较器可以静态测量,维修时现象明确,不算太难。但是很多电流检测电路的比较器故障带来的各种各样报警,却没那么好修,主要表现为故障时有时无,特别是霍尔元件内置电路异常时,很不好判断,需要丰富的经验。CPU电路和存储器电路故障率非常低,这里不单独写了,等到以上问题都能解决以后,自然有能力分析这一类故障。值得注意的是,有些厂商为为了防止尾款收不回来,会给变频器设定一个厂家级密码让变频器定时终止运行,并且不出现任何故障报警,这时要么能找到厂家帮助,要么找现同样的数据更换掉存储器,或者直接更换主板。所以这种情况判断不了的时候首先想到和用户沟通,搞清楚有没有拖欠尾款。
 
第七部分:变频器维修经验总结。
      不管维修什么样的电子产品,最容易损坏的总是大电流的电路和高电压的电路,其次是电路板腐蚀、用户人为损坏、设备使用者误操作等等,所以我们接修后,需要问清楚用户变频器坏的前因后果,而且要不厌其烦的问,思路清楚的问,多了解情况总会更有帮助,比如我自己总结的维修变频器经验,接到用户报修电话的前几个问题,一般都包括:变频器坏之前是什么状况,变频器损坏之后是什么现象,是变频器运行着自己坏的,还是停机后开机时坏的,或者是设备某些位置有人动了什么部位才坏的。变频器是什么品牌、型号、用了多久、现在有没有报警代码,然后才问客户地址在哪里,公司名称叫什么,其实这些问题看着烦杂,用户一般都会配合一一作答,而且每一个问题对你维修变频器和收费都是有帮助的,比如,客户说我们在什么工业园叫什么公司,你马上说你们公司我知道,前几天我才在旁边的某某公司修了个变频器,客户马上会觉得你像朋友一样,这生意就成了一大半。又比如客户说前几天设备是好的,昨天雷雨过后就坏了,那我们大致知道,是雷击或者进水引起的。
      一般搞变频器维修的不是个体户就是小规模公司,有少数的是进住机电市场等专业市场,这一类从业者是全靠用户自己送上门维修,可能用不着问那么多问题,反正客户取变频器时试好就给钱,可毕竟这是少数,大部分变频器维修同行还是要对用户负责到底,直到用户机器能正常使用,或者上门安装调试成功,才能收到钱。甚至有些公司为了维护大客户关系,还要月结或者更长时间才能收到钱。所以,只有更周到详细的服务,才能使你的生意起做越宽广。
      另外再简介绍一点其他技巧,比如收费技巧,对于不了解的陌生客户,报价时最好留点还价的余地,比如本来你想收费600,故意报价650,留50给客户讲价,如果他讲下去了,心理会有满足感,这样生意就容易成功,另外,大金额的报价宁可报少一位的高数,不的报多一位的低数,也就是说宁可报9500,不报10050,这样会给用户造成心理上的压力,他们一般也会给老板或者领导汇报,领导一听修个机器要一万多,生意可就可能黄了,九千多它毕竟也是在几千的范围,此时应当想法将金额控制在比较好听又容易接受的范围。还有一些陌生客户,本来我们维修行业成本比重就较低,但是你报价的时候不知道客户能接受多少,比如本来可以收费5000,但是呢收费3000也可以有较合理的利润,你报价出去又不知道客户能不能接受,最怕的是客户说我给领导请求一下,领导一听价格高了直接换机器,那就连检测的时间都搭上了,这时候可以想个备用方案,比如换新板要5000,换配件要3000,或者说换进口元件要5000,换国产配件要3000,给大家都留个选择空间,不然如果客户谈不成的时候你主去去直接少价格是很不合适的,客户会想,你怎么平白无故就少了两千,那之前不是在忽悠我吗,这样生意就不容易做成,即使做成了客户心里很不爽就不会有下次了。这种东西可不是网络上随便能学到的,要不是为了网站点击率,是不会轻易写出来的。请记住我们的永久网站:www.cqdswx.com.重庆妙工科技有限公司。
 
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