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1、1变频变频器的器的电压检测电电压检测电路（新）路（新）正弦变频器电压检测实际电路分析一、电路构成和原理简析电压检测电路，是变频器故障检测电路中的一个重要组成部分，旨在保障使 IGBT 逆变电路的工作电源电压在一特定安全范围以内，若工作电源危及 IGBT（包含电源本身的储通电容）器件的安全时，实施故障报警、使制动电路投入工作、停机保护等措施。此外，少数机型还有对输出电压的检测，在一定程度上，起到对 IGBT 导通管压降检测的同样作用，取代驱动电路中 IGBT 的管压降检测电路。1、电压检测电路的构成、电压采样方式及故障表现R、S、T、/ 、M C U、 、 、 、M C U 、I / O、P、N
2、、DC530V、U、V、W 、abcd图 1 电路检测电路的构成（信号流程）框图1、电压检测电路的电压采样形式（前级电路）1）直接对 DC530V 电压采样+47u50VD41C46 VIN 8GND 7GND 6 Nc 5Nc1 VOUT2 GND3 GND4 Nc78L05CNcNc87651234U14A7840C472W220k2W220k2200C482000R54A510C49+5V 1002R551002R561002R57103R54BCNN1 8LF353-15V+15VC50C511002020T510PVPNPN32184图 2 DC530V 电压检测电路之一2直接对 P
3、、N 端 DC530V 整流后电源电压进行进行采样，形成电压检测信号。如阿尔法 ALPHA2000型 18.5kW 变频器的电压检测电路，如图 2 所示。电路中 U14 线性光耦合器的输入侧供电，由开关变压器的独立绕组提供的交流电压，经整流滤波、由 78L05 稳压处理得到 5V 电源所提供，电源地端与主电路 N 端同电位。输出侧供电，则由主板+5V 所提供。直流回路 P、N 端的 DC530V 电压，直接经电阻分压，取得约 120mV 的分压信号，输入 U14（线性光耦合器，其工作原理前文已述）进行光、电隔离与线性放大后，在输出端得到放大了的检测电压信号，再由 LF353 减法放大器进一步放
4、大，形成 VPN 直流电压检测信号，经 CNN1 端子，送入 MCU 主板上的电压检测后级电路。2）由开关变压器次级绕组取得采样电路信号+5VC13R18C145621470u25V680u16V101C17C19L432D11R20-42VR1982kD12N3图 3 DC530V 电压检测电路之二-42VD12530VVTD11N3N1P1N+5VN1入入入入入入入入入VT 入入VT入入入入0V530V5V0V-42VN3入入入入入入入入入入入入入入入入入T1图 4 直流回路电压采样等效电路及波型示意图主电路的 DC550V 直流电压检测信号，并不是从主电路的 P、N 端直接取得，而是“间
5、接”从开关电源的二次绕组取出，这是曾经令一些检修人员感到困惑、找不到电压检测信号是从何处取出的一件事情，也成为该部分电路检修的一个障碍。电压采样电路如上图 4 所示。在开关管 VT 截止期间，开关变压器 TRAN 中储存的磁能量，由次级电路进行整流滤波得到+5V 工作电源，释放给负载电路；在 VT 饱和导通期间，TC2 从电源吸取能量进行储存。N3 二级绕组上产生的电磁感应电压，正向脉冲出现的时刻对应开关管的截止时间，宽度较大，幅值较低，经二极管 D12 正向整流后提供负载电路的供电，有电流释放回路；反向脉冲出现的时刻对应开关管的饱和导通时间，宽度极窄，但并不提供电流输出，回路的时间常数较大（
6、不是作为供电电源应用，3只是由 R、C 电路取得电压检测信号） ，故能在电容 C17 上维持较高的幅值。开关管 VT 饱合导通时，相当于将 N1 绕组直接接入 530V 电源，因而在同一时刻 N3 绕组此时所感应的负向脉冲电压，是直接反映N1 绕组供电电压高低的，并与其成线性比例关系N3 绕组感应电压的高低，仅仅取决于 N1、N3 绕组的匝数比。整流二极管 D12 和 D11 接于同一个次级绕组上，D12 将“大面积低幅度”的正向脉冲整流作为+5V 供电，而 D11 却将“小面积而幅度高”的负向脉冲做负向整流后，经 R20、R18、R19、C19、C17等元件简单滤波处理后，将此能反映一次主绕
7、级供电高低的-42V 电压信号，作为直流回电压的检测信号，送入 MCU 主板电路，供显示直流电压值和参与 CPU 程序控制之用。直流电压检测电路与其它输出电源电压电路的显著不同，1）在于该电路整流电压的输出端无大容量滤波（电解）电容；2）输出电压回路中串接有数千欧姆或数十千欧姆的大阻值电阻。显然该路输出电压不能用作供电电源。3）同一绕组所整流得出的供电电源电压值，要数倍低于检测电压值。这是判断该电路为直流电压检测信号输出电路的 3 种依据。3）通过对充电接触器辅助触点的状态检测，间接作出对直流回路是否正常的逻辑判断上篇博文，在海利普 HLP-P 型 15kW 变频器电压检测电路原理及检修一文中
8、，已作出详细的分析，当充电接触器未正常作出吸合动作，表现为辅助常开闭点没有在电容充电结束后，接触良好，检测信号输入 MCU 引脚后，MCU 经逻辑分析，判断充电接触器的未正常动作，因而直流回路的供电电压“肯定”也是不正常的，因而有时检测充电接触器的辅助常开触点未闭合时，也会报出“直流回路欠电压”故障。3）三相输入电源电压的检测电路部分机型有了 DC530V 的电压检测，就省略了对 3 相输入电压的断相检测（DC530V 的高低一定程度上也反映了三相电压电源电压的输入状况） ，有些机型的电压检测电路，则“面面俱到” ，检测电路比较完善。R35RR45R28R141R142 R49R29R50 R
9、70SR72R64R144R146R85R65R86 R95TR96R103R145R147R89R112R90 7502x24D31 D32 D33R65 R65C17R143 1001U15P181Z19J2 35C91图 5 三相输入电源电压检测电路三相输入电源电压检测电路，将 R、S、T 端输入的电源电压先经电阻网络降压/限流，再经桥式整流电路变为六波头 300Hz 脉动直流，送入光耦合器输入侧，3 相电源正常时，光耦输出侧为六波头 300Hz的脉冲直流信号，或认为 J2 端子的 35 脚一直为低电平；电源任缺一相时，光耦输出侧为四波头 200Hz的电压信号，或认为 J2 的 35 端
10、子有出现高电平的时刻，经后级电路处理送入 MCU，MCU 判断缺相故障，报警并停机保护。光耦合器 U15 的输入侧串入稳压管 Z19，使 U15 输出信号的动作“干脆利落” ，对三相电源电压的不平衡也有检测作用。检测电路将输入模拟信号转化为映波头数目的“数字信号形式” ，利于 MCU 的检测和判断。4）3 相输出电压/频率检测电路3 相输出电压检测电路，在少数变频器产品中有采用。其主要作用，是检测逆变电路的输出状态，由4此起到对 IGBT 的保护作用，如同驱动电路的 IGBT 管压降检测与保护电路一样。有些变频器，驱动电路没有 IGBT 管压降检测保护电路，对 IGBT 的保护，一定程度上依赖
11、于三相输出电压检测电路三相输出电压信号经电路转变为输出频率信号，再输入 MCU，起到对逆变电路的 6 只 IGBT 是否正常工作的判断。Vref2R321CN5D17C17C19D16R40PR2.4PR2.1PR1.4C21470k3W512R41R31U、 、 、 、R34W 、 、 、 、470k3WR39PR1.2PR1.3 PR1.1 R37 512PR2.3105R38103103C21103N1-N4:U6 LM324 Z3103N4103N3103N2103Vc1102103CN11016WVc1E13N1102R36302102R35VrefR3351212131498105
12、6MUR160 0287E1050V47uD12231T2P521U7 25VrefPR2.2103Vref、 、 、 、 / 、 、 、 、Vref+ -+ -+ -图 6 输出电压/频率检测电路这是一个典型仪用放大器的电路结构，N1、N2、N3 前三级电路构成了双端输入、单端输出的差动放大电路，第四级接成反相放大器，将信号放大到一定幅度后推动 U7 光电耦合器。U、W 输出端电压信号经 R31、R34 降压，D16、D17 双向限幅，C17 滤掉了高频载波信号，将信号还原为两相电压信号，加入 N1、N2、N3 组成的差动放大电路，再经 N4 放大后推动 U7 输出。N1、N2、N3 电路又
13、是 V 相电压信号的合成电路，输入的 U、W 两相信号中，包含了 V 相电压信号，经 N1、N2、N3 电路的合成作用，实际上 N3 输出的是表征着 V 相频率与时间基准的脉冲信号。耦合电容 E13 起到了隔直通交及对信号进行零电平“置位”的作用，以适应 N4 单电源供电电路的要求，N4 则相当于一个整形电路，将 N3 输出信号整形为矩形脉冲信号输出，以驱动光电耦合器 U7。当 U7 输出的信号满足要求时，说明 U、V、W 三相输出都是正常的。U7 的输出信号反映了三相电压的输出状态，此信号输入到 CPU，与内部时间基准相比较，通对脉冲计数的时间比对，从面可判断出是否存在输出缺相（d.f.）故
14、障。故障时可实施停机保护。（试分析）因输入端 D16、D17 两只二极管的嵌位作用，电路本身并不是用来对输入信号进行放大的，而是实现了对三相脉冲信号的合成作用。电路输出的脉冲信号，并不是表征着输出电压幅度的模拟电压信号，而是表征着输出频率的脉冲信号。电路是通过电压信号检测输出频率，相当于完成了 “模/数”转换的作用，将输入模拟电压信号，转变化“脉冲信号”输出。输出信号用于对逆变输出电路的检测，当逆变输出电路中某一臂 IGBT 在故障状态时，报出缺相故障，并实施停机保护。2、电压检测电路的后级电路电压检测电路的后级电路对信号的处理方式，同电流检测电路对信号的处理方式基本是相同的。1）由前级电路送
15、来的电压检测信号，进一步经模拟放大，或电压跟随，输入 MCU 相关引脚，供运行电压显示、过、欠压时延时报警。2）以梯级电压比较器电路，将输入模拟电压信号转化为两个开关量报警信号，送入 MCU 相关引脚，用于启动直流制动电路、过压时保护停机。电路实例的分析见下文。3、电压检测电路的报警内容和故障表现1）报警内容LU：直流回路电压（直流高压侧）过低；O U：直流回路电压（直流高压侧）过高；HOU：瞬态过5压；SOU：稳态过压；SLU：稳态欠压；ILP：R、S、T 输入有缺相；OLP：U、V、W 输出有缺相；主电路接触器未正常动作，等等。2）若开关量信号硬件电路故障时，上电即报警，无法复位；模拟量信
16、号误报警，一般可以复位的。当输入电源（直流回路 DC530V）异常、充电接触器上电后未正常动作时，在上电、起动、停机过程中、运行中，均有可能报出 1）中的各种故障内容。下文结合实际电路，讲解故障检修方法。二、正弦 SINE300 型 7.5kW 变频器电压检测与保护电路该机型的电压检测电路共分三部分：输入电源电压检测电路、输出电压检测电路和直流电压（有时称高压侧，有时称直流母线）检测电路，对信号的作用、报警内容和故障信号屏蔽方法各有不同。1、R、S、T 输入电源电压检测电路，电源原理在上文（见图 5 后文）已有说明，此处从略。R35RR45R28R141R142 R49R29R50 R70SR72R64R144R146R85R65R86 R95TR96R103R145R147R89R112R90 7502x24D31 D32 D33R65 R65C17R143 1001U15P181
