交流變頻調(diào)速技術(shù)是強弱電混合、機電一體的綜合性技術(shù)，既要處理電能的轉(zhuǎn)換，又要處理信息的收集、變換和傳送，因此它的共性技術(shù)分成功率轉(zhuǎn)換和弱電控制二部分。印染企業(yè)是高能耗單位，由于變頻器節(jié)電效果顯著，調(diào)速方便，輸出特性好等優(yōu)點，目前被廣泛應(yīng)用。現(xiàn)就本公司應(yīng)用比較多的施耐德ATV31H系列變頻器的原理和常見故障作如下介紹：

線路原理分析：

1.主回路

施耐德ATV31H系列通用變頻器采用的是交-直-交電壓型變頻方式，其主回路包括整流線路、濾波及儲能線路、能耗制動、直-交逆變由以下幾個部分組成（其原理圖見圖1）。

                                    圖1

    ⑴整流部分 

三相整流部分由六只整流管組成整流橋，將電源的交流電全波整流成直流，如果電源的電壓為Ui，則全波整流后平均直流電壓Ud的大小為：

                           Ud=1.35×Ui

 三相電源的線電壓為380V，則全波整流后的平均電壓為

              Ud=1.35×Ui=1.35×380=513V

由于施耐德ATV31H系列整流器均在模塊內(nèi)部，損壞后只能整體更換。整流器的好壞可以用萬用表電阻擋測量。

⑵濾波部分

電容C1和C2是將整流后的脈動直流電濾平電壓紋波并儲能。變頻器功率越大所配備的電容容量越大。施耐德ATV31變頻器的部分型號電容配置見下表：

有如下情況時，要檢查電容是否損壞：

當(dāng)容量下降到80%時就要更換電容。使用四年以上的變頻器要檢查容量是否下降。

濾波前的整流橋損壞后，有交流電直接進入了電容器，要檢查電容器有沒有損壞。

分壓電阻損壞后，由于分壓不均，要檢查電容器有沒有損壞。

外包絕緣損壞后，要檢查電容器有沒有損壞。

由于在變頻器合上電的瞬間，濾波電容器的充電電流很大，易損壞整流器。為了保護整流器，在電路中串接了R1A和R1B,以限制電容器的沖電電流，當(dāng)電容器上充電電壓達到一定程度時，繼電器RY1吸合，繼電器觸點接通短接R1。

⑶制動部分

由于異步電動機在再生制動減速過程中，再生能量存儲于濾波電路的電容器中，使直流母線的電壓上升，為了釋放制動能量在模塊中使用了一只IGBT管。通過控制IGBT管的導(dǎo)通程度可以設(shè)置制動時間，由于設(shè)備的需要，電機必須在規(guī)定的時間內(nèi)停車，施耐德ATV31系列設(shè)置了直流注入停車。此功能可以通過菜單設(shè)定。

⑷逆變部分

逆變部分采用六只（或6×n只，5.5KW n=2,7.5KW n=3,n根據(jù)功率大小決定）IGBT管和續(xù)流二極管組成，由上橋推動和下橋推動線路控制六只IGBT管的開關(guān)順序和導(dǎo)通時間，將濾波后的直流電轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以變化的交流電。輸出頻率和輸出電壓的調(diào)節(jié)均由逆變器按PWM(Pulse Width Modulation)方式來完成。

施耐德ATV31系列變頻器部分型號使用模塊一覽表：

2.控制回路

控制回路主要包括DSP(CPU)、檢測傳感電路、電壓/電流檢測電路控制信號的輸入輸出電路、IGBT上下橋驅(qū)動電路、各種保護電路、開關(guān)電源。

⑴開關(guān)電源（注：為5.5KW/7.5KW電源）

施耐德變頻器的輔助電源采用開關(guān)電源，具有體積小、功耗低、效率高等優(yōu)點。電源輸入為主回路直流母線電壓約513V。通過脈沖變壓器的隔離變換和變壓器副邊的整流濾波可以得到多路直流電壓輸出。其中+12V、-12V、+5V共地，+12V采用TA78M12S三端穩(wěn)壓集成電路，-12V采用TA7912S穩(wěn)壓，+5V采用MJN7223DL1-50穩(wěn)壓。電源震蕩采用FA13842F,±12V給傳感器、運放等電路供電，+5V給DSP以及數(shù)字電路供電。相互隔離的四路+18V給IGBT模塊的上下橋驅(qū)動供電。下圖為本人實測的5.5KW(7.5KW)開關(guān)電源圖（圖2）。需要注意的是當(dāng)FA13842F損壞時，使用UC3842不能代換。施耐德ATV31系列變頻器開關(guān)電源可靠性較高，在已經(jīng)維修的上百臺中，只有一臺開關(guān)電源損壞。

                      圖2

⑵DSP（數(shù)字信號處理器）

  施耐德ATV31H系列變頻器采用的DSP為日立公司的80腳的HD64F2612(0.75KW～3KW)和HD64F2618(5.5KW～7.5KW),主要完成電壓、電流、溫度采樣、六路PWM輸出，各種故障報警輸入輸出，電壓電流頻率設(shè)定信號輸入等。電機控制算法的運算等功能。
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⑶IGBT的上下橋驅(qū)動

0.75KW～2.2KW變頻器上下橋原理圖見圖3。上橋的PWM信號分別從DSP的23、30、32腳輸出到IC102(TC7W14FU)反相整形以及阻抗變換匹配，再從IC102輸出到PC1、PC2、PC3光耦對信號隔離放大，ZD111、ZD121、ZD131為18V穩(wěn)壓管，是PC1、PC2、PC3的輸出保護，D113、D123、D133、D111、D121、D132(A6)、ZD112、ZD122、ZD132(16V穩(wěn)壓管)組成IGBT的上橋輸入保護線路。

0.75KW和1.5KW的DSP以及軟件都相同，線路全部相同只是橋驅(qū)動部分有部分元件的參數(shù)不同。

現(xiàn)將0.75KW和1.5KW的元器件不同的參數(shù)列表如下：

根據(jù)上表只要將0.75KW的變頻器按1.5KW的變頻器的參數(shù)進行修改，0.75KW就可以成為1.5KW變頻器。根據(jù)上表改制了幾臺使用效果良好。

                      圖3

 下橋的PWM信號從DSP輸出到IC101(TD62930F)的4、5、6腳，進行隔離放大。從IC101的9、10、12、13、15、16腳輸出通過ZD142、ZD152、ZD162(16V穩(wěn)壓管)、D442、D452、D462(A6)組成的保護線路輸入到模塊的IGBT下橋。

5.5KW/7.5KW的上下橋驅(qū)動線路見圖4。從DSP輸出的PWM信號分別送到IC102（SN74HC14ANSR）的9、13、3、11、1、5腳，其中9、13、3腳為上橋驅(qū)動信號，11、1、5腳為下橋驅(qū)動信號。經(jīng)過六反相器整形放大后分別從8、12、4腳輸出上橋信號，從10、2、6腳輸出下橋驅(qū)動信號。分別送到PC1、PC2、PC3(HCNW3120)和PC4、PC5、PC6(HCPL-3120)光耦隔離輸出。再經(jīng)過由D112、D122、D132(A6)、ZD171、ZD172、ZD173(15V穩(wěn)壓管)、D142、D152、D162(A6)組成的保護線路分別送到IGBT模塊的上下橋。

                     圖4

5.5KW和7.5KW的變頻器軟件相同，線路相同。只有模塊和儲能電容參數(shù)不同，5.5KW的模塊型號為：Skiip 31NAB125T12,電容為：390μF/420V×8只，7.5KW的模塊型號為：Skiip 32NAB125T12,電容為：550μF/420V×8只。

施耐德ATV31系列變頻器常見故障實例分析

⑴INF故障報警

機器型號：ATV31H全系列

故障現(xiàn)象：由于本地氣候潮濕，變頻器又在高溫、高濕、飛絨多的環(huán)境中使用，使用三年以上的變頻器有近80%的都會出現(xiàn)此報警，當(dāng)出現(xiàn)此類故障報警后，面板按鍵不起作用。

故障原因：施耐德ATV31H系列變頻器使用了薄膜面板，當(dāng)顯示“INF”故障時，薄膜按鍵都不起作用。我們從顯示板上拔出薄膜插線，用萬用表測量可以知道第二根線與第七根線已經(jīng)斷路。薄膜無法修復(fù)。

維修辦法：經(jīng)與施耐德維修站聯(lián)系，薄膜面板每根60元。由于損壞量大，從節(jié)約角度出發(fā)，不更換薄膜。我們找到顯示板上的CN11插座從PCB面用導(dǎo)線直接將2腳與7腳連接，故障消失。

⑵OLF故障報警

機器型號：ATV31HU22N4/2.2KW變頻器

故障現(xiàn)象：機器運轉(zhuǎn)一段時間后停機保護，面板顯示“OLF”。查閱廠家手冊是，變頻器溫度太高。

維修方法：經(jīng)過觀察是24V的風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，檢查24V電壓正常，更換后機器恢復(fù)正常。

⑶OLF故障報警

機器型號：ATV31HU22N4/2.2KW變頻器

故障現(xiàn)象：機器運轉(zhuǎn)一段時間后停機保護，面板顯示“OLF”。

維修方法：經(jīng)過觀察24V風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，檢查風(fēng)扇端口無24V。實繪原理圖見圖5。風(fēng)扇的控制信號來自DSP的79腳，經(jīng)過PC81(TLP721F)光耦來控制Q81(RSK)的導(dǎo)通風(fēng)扇插座+24V輸出。用萬用表檢查+24V電源電壓正常，檢查Q81的基極控制電壓正常。測量Q81(RKS)損壞。經(jīng)查貼片元件手冊得知RKS的型號為BFP194。極性為PNP,封裝為SOT23。主要參數(shù)為：Ic=100mA、Ib=10mA、Uceo=15V、Ucbo=20V、Uebo=3V。由于無法購買到原件，試用9012代換，機器正常，9012的溫升正常。

⑷無顯示

機器型號：ATV31HU75N4/7.5KW變頻器

故障現(xiàn)象：面板無顯示，控制端口無+10V、+24V。

維修方法：開關(guān)電源實測原理圖見圖6。檢測線路時R68有明顯燒焦的痕跡，查Q1(K1317)已經(jīng)擊穿，R70A、D23、R70B、IC14損壞。經(jīng)更換元件后，機器恢復(fù)正常。特別需要注意的是UC3842不能直接代換FA13842N。分析該機損壞原因是板面的毛衣太多，加之濕度太大引起高壓擊穿。

⑸無顯示

機器型號：ATV31HU55N4/5.5KW變頻器

故障現(xiàn)象：面板無顯示，控制端口無+10V、+24V。

維修方法：拆開線路板后，有明顯的焦味，目測D16已經(jīng)燒焦。風(fēng)扇線路原理圖見圖7用萬用表測量C35兩端短路，當(dāng)檢查到C83(1UF)貼片電容時，電容短路。更換后故障排除。

⑹無顯示

機器型號：ATV31HU22N4/2.2KW變頻器

故障現(xiàn)象：面板無顯示，控制端口無+10V、+24V。

維修方法：拆開線路板后，有明顯的焦味，目測D16已經(jīng)燒焦。更換D16（F65J），未插24V風(fēng)扇，機器正常。插上風(fēng)扇后，顯示正常，但啟動電動機后，風(fēng)扇開始運轉(zhuǎn)，有明顯的焦味，接著顯示消失。打開線路板后，發(fā)現(xiàn)D16(F65J)又燒毀，懷疑D16電流太小。更換大電流二極管，通電試機，還是燒毀D16。根據(jù)圖5檢查外圍線路正常，考慮風(fēng)扇是否電流過大，改用0.1A/24V的風(fēng)扇（原是0.24A/24V的風(fēng)扇），接通線路后還是燒毀D16,維修陷入絕境。后來考慮到風(fēng)扇不運轉(zhuǎn)時+24V正常，風(fēng)扇運轉(zhuǎn)后立即燒壞D16，也就是D16不能帶負載。懷疑開關(guān)電源的震蕩頻率是否升高，檢查開關(guān)線路的震蕩貼片電容，當(dāng)查到C26時（見圖6），發(fā)現(xiàn)沒有容量，用2200P的電容更換后機器恢復(fù)正常。

⑺無顯示

機器型號：ATV31HU55N4/5.5KW變頻器

故障現(xiàn)象：面板無顯示，控制端口無+10V、+24V。

維修方法：打開線路板，發(fā)現(xiàn)IGBT模塊有明顯的擊穿痕跡，拆開模塊可以看到模塊內(nèi)的三相橋已經(jīng)損壞，模塊的型號是西門康公司產(chǎn)的Skiip 31NAB125T12。考慮到模塊價格高且很難購買，平時在維修國產(chǎn)變頻器經(jīng)常看到用兩只橋堆代替三相橋。就到市場上購買了兩只35A/1200V的單相橋堆，在外殼的鋁板上打兩個孔固定好橋堆。橋堆的接線樁頭一定要用熱縮管包裹好（以防觸電），將接線接入線路板，通電后機器正常，所改裝的變頻器一直使用到現(xiàn)在。用此方法共修復(fù)了六臺5.5KW和7.5KW變頻器。大大降低了維修成本。

⑻無顯示

機器型號：ATV31HU22N4/2.2KW變頻器

故障現(xiàn)象：面板無顯示，控制端口無+10V、+24V。

維修方法：打開線路板，發(fā)現(xiàn)模塊（FP15R12YT3）已經(jīng)明顯擊穿，根據(jù)圖3，檢查模塊外圍線路發(fā)現(xiàn)ZD142、ZD152(16V穩(wěn)壓管)、D143、D153(A6)、R127、R137(120Ω)已經(jīng)損壞，更換上述元件后，通電有顯示，但顯示故障代碼“SCF”,查手冊得知是電動機短路。電動機還未接入變頻器，考慮到R127、R137的損壞，更換了下橋驅(qū)動集成電路IC101(原型號為TD62930F,替換型號為TD62930FG)，通電機器正常。
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⑼無顯示

機器型號：ATV31HU75N4/7.5KW變頻器

故障現(xiàn)象：面板無顯示，控制端口無+10V、+24V。

維修方法：打開線路板，發(fā)現(xiàn)模塊（Skiip 32NAB125T12）IGBT管已經(jīng)損壞兩組，根據(jù)圖4查模塊外圍元件，發(fā)現(xiàn)ZD171、ZD172(15V穩(wěn)壓管)、D112、D122(A6)、R111(51Ω)、PC1(HCNW3120)損壞，更換上述元件后，通電顯示正常，但顯示故障代碼“SCF”。考慮到光耦PC1(HCNW3120)的損壞，更換IC102(SN74HC14ANSR)后，故障排除。

⑽INF故障報警

機器型號：ATV31H075N4/0.75KW變頻器

維修方法：面板按鍵不起作用，短接CN11的2和7腳后，故障依舊。更換顯示板和薄膜面板后，故障未排除，試更換存儲器IC3(M93C76MN3T)后，故障排除。

⑾CFF故障報警

機器型號：ATV31HU30N4A/3KW變頻器

維修方法：查廠家安裝編程手冊為配置故障，進入菜單調(diào)整相關(guān)參數(shù)和恢復(fù)出廠設(shè)置，均未能排除。更換IC3（F93C76）存儲器后，故障排除。

⑿CRF報警

機器型號：ATV31HU22N4A/2.2KW變頻器

維修方法：使用三年以上的變頻器，此種報警較多。正常只要把機器電源多開關(guān)幾次，一般此故障報警能夠消失。查廠家安裝編程手冊為：“電容器負載電路”有故障，廠家分析可能原因為：“負載繼電器控制故障或充電電阻損壞”。本例故障是采用多次開關(guān)電源后報警故障未能恢復(fù)正常，拆開機器檢查充電電阻R1A、R1B(39Ω/7W)正常，查分壓電阻R11、R12(100K/7W)正常，測C1A、C2A(550μF/420V)容量正常。發(fā)現(xiàn)電容器線路板表面氧化嚴重積灰較多，清理表面氧化層和積灰，并用絕緣清漆處理板面后裝機試機故障排除。
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