通用變頻器常見的驅(qū)動電路形式及分析

主要通過對通用變頻器驅(qū)動電路的分析,了解一些驅(qū)動電路的常見形式及發(fā)展趨勢,滿足解決現(xiàn)場實際問題的需要

厚膜電路 光耦 大功率模塊

   交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)重要發(fā)展方向,隨著電力電子技術(shù),微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用,變頻交流調(diào)速已逐漸取代了過去的滑差調(diào)速,變極調(diào)速,直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng),越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的許多領(lǐng)域.

隨著變頻調(diào)速器的廣泛應(yīng)用,許多工程技術(shù)人員對它也有了相當(dāng)?shù)牧私?一般通用型變頻器大致包括以下幾個部分:1整流電路,2直流中間電路,3逆變電路,4控制電路.而產(chǎn)生可調(diào)電壓和可調(diào)頻率的逆變電路,又應(yīng)該是變頻器各組成部分的核心技術(shù).

逆變電路主要包括:逆變模塊和驅(qū)動電路.由于受到加工工藝,封裝技術(shù),大功率晶體管元器件等因數(shù)的影響,目前逆變模塊主要由日本(東芝,三菱,三社,富士,三肯.)及歐美(西門子,西門康,摩托羅拉,IR)等少數(shù)廠家能夠生產(chǎn).

驅(qū)動電路作為逆變電路的一部分,對變頻器的三相輸出有著巨大的影響. 驅(qū)動電路的設(shè)計一般有這樣幾種方式:1.分立插腳式元件組成的驅(qū)動電路.2.光耦驅(qū)動電路.3厚膜驅(qū)動電路.4專用集成塊驅(qū)動電路等幾種.

分立插腳式元件組成的驅(qū)動電路在80年代的日本和臺灣變頻器上被廣泛使用,主要包括日本(富士:G2,G5.三肯:SVS,SVF,MF., 春日,三菱Z系列K系列等)臺灣(歐林,普傳,臺安.)等一系列變頻器.隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展及貼片工藝的出現(xiàn),這類設(shè)計電路復(fù)雜,集成化程度低的驅(qū)動電路已逐漸被淘汰.

光耦驅(qū)動電路是現(xiàn)代變頻器設(shè)計時被廣泛采用的一種驅(qū)動電路,由于線路簡單,可靠性高,開關(guān)性能好,被歐美及日本的多家變頻器廠商采用.由于驅(qū)動光耦的型號很多,所以選用的余地也很大.驅(qū)動光耦選用較多的主要由東芝的TLP系列,夏普的PC系列,惠普的HCPL系列等.以東芝TLP系列光耦為例.驅(qū)動IGBT模塊主要采用的是TLP250,TLP251兩個型號的驅(qū)動光耦.對于小電流(15A)左右的模塊一般采用TLP251.外圍再輔以驅(qū)動電源和限流電阻等就構(gòu)成了最簡單的驅(qū)動電路.而對于中等電流(50A)左右的模塊一般采用TLP250型號的光耦.而對于更大電流的模塊, 在設(shè)計驅(qū)動電路時一般采取在光耦驅(qū)動后面再增加一級放大電路,達(dá)到安全驅(qū)動IGBT模塊的目的.

厚膜驅(qū)動電路是在阻容元件和半導(dǎo)體技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種混合集成電路.它是利用厚膜技術(shù)在陶瓷基片上制作模式元件和連接導(dǎo)線,將驅(qū)動電路的各元件集成在一塊陶瓷基片上,使之成為一個整體部件.使用驅(qū)動厚膜對于設(shè)計布線帶來了很大的方便,提高了整機(jī)的可靠性和批量生產(chǎn)的一致性,同時也加強(qiáng)了技術(shù)的保密性.現(xiàn)在的驅(qū)動厚膜往往也集成了很多保護(hù)電路,檢測電路.應(yīng)該說驅(qū)動厚膜的技術(shù)含量也越來越高.

另外現(xiàn)在還出現(xiàn)了專用的集成塊驅(qū)動電路,主要由IR的IR2111,IR2112,IR2113等,其它還有三菱的EXB系列驅(qū)動厚膜.三菱的M57956,M57959等驅(qū)動厚膜.

此外,現(xiàn)在的一些歐美變頻器在設(shè)計上采用了高頻隔離變壓器加入了驅(qū)動電路中(如丹佛斯VLT系列變頻器).應(yīng)該說通過一些高頻的變壓器對驅(qū)動電路的電源及信號的隔離,增強(qiáng)了驅(qū)動電路的可靠性,同時也有效地防止了強(qiáng)電部分的電路出現(xiàn)故障時對弱電電路的損壞.在實際的維修中我們也感覺到這種驅(qū)動電路故障率很低,大功率模塊也極少出現(xiàn)問題.

在我們平時的日常生產(chǎn)使用中,大功率模塊損壞是一種常見的故障現(xiàn)象,

 損壞的原因可能是多種多樣的.馬達(dá)短路,對地絕緣不好,電機(jī)堵轉(zhuǎn),外部電源電壓過高都有可能造成變頻器大功率模塊的損壞,我們在實際維修中更換大功率模塊時一定要確定驅(qū)動電路的正常工作.否則更換后很容易引起大功率模塊的再次損壞.另外我們也要了解GTR 模塊和IGBT模塊驅(qū)動電路的區(qū)別,兩種功率模塊前者為電流驅(qū)動,后者則是電壓驅(qū)動.

隨著電子元器件,大規(guī)模集成電路的發(fā)展,驅(qū)動電路也在不斷向著高集成化方向發(fā)展,而且功能在不斷擴(kuò)大,性能也在不斷提高.同時也對我們這些從事變頻維修行業(yè)的人提出了更高的要求,以上只是本人在變頻維修中的一些心得,同時也希望從事這行業(yè)的人多多溝通交流.

西門子變頻器維修對策

通常，變頻器可用作軟起動器以實現(xiàn)交流電機(jī)的軟起動已為大家所熟知，若使用帶程序起動功能的變頻器就顯得更為方便。下面以森蘭BT40-45kWT型變頻器帶動4極Y系列45kW交流電機(jī)為例，對其參數(shù)設(shè)定予以介紹，供參考。 

森蘭BT40-45kWT型變頻器共有90個要設(shè)置的參數(shù)，其中有18個參數(shù)，特別是“程序運(yùn)行模式”、“程序運(yùn)行時間”功能可用于軟起動/停止。 

F00：頻率設(shè)定。設(shè)定范圍：0.01Hz - 400.0Hz； 

F01：頻率給定方式。設(shè)定范圍： 0：頻率由F00控制或由∧ / ∨鍵控制； 

1：頻率由外控端子VRF 0 -5V（0 - 10V）信號控制； 

2：頻率由外控端子IRF 4 - 20mA松開控制； 

3：頻率由F00控制或由∧ / ∨鍵和X4、X5設(shè)定，失電后，記憶設(shè)定頻率； 

4：頻率由F00控制或由∧ / ∨鍵和X4、X5設(shè)定，失電后，記憶由F0控制或由∧ / ∨鍵設(shè)定的頻率，不記憶X4、X5設(shè)定的頻率。 

F02：運(yùn)轉(zhuǎn)指令來源。設(shè)定范圍： 

0：運(yùn)轉(zhuǎn)指令由觸摸面板RUN、STOP控制； 

1：運(yùn)轉(zhuǎn)指令由外控端子FWD、REV控制，觸摸面板STOP有效； 

2：運(yùn)轉(zhuǎn)指令由外控端子FWD、REV控制，觸摸面板STOP無效； 

F03：電機(jī)停車方式選擇。設(shè)定范圍： 

0：電機(jī)以減速剎車方式停止； 

1：電機(jī)以自由運(yùn)轉(zhuǎn)方式停車。 

F08：第一加速時間。設(shè)定范圍：0.1 - 3600s。 

F09：第一減速時間。設(shè)定范圍：0.1 - 3600s。 

F38：程序運(yùn)行時間最小單位設(shè)定。 

0：1s； 

1：0.1s。 

F44：多段頻率1，0.00 - 400Hz。 

F51：程序運(yùn)行模式選擇。設(shè)定范圍： 

0：程序運(yùn)行模式取消； 

1：程序運(yùn)行一個周期后停止。 

F52：程序運(yùn)行時間，10.0 - 3600s。 

F53：程序運(yùn)行方向及加減速選擇1。 

01：正轉(zhuǎn)，第一加減速運(yùn)行； 

02：正轉(zhuǎn)，第二加減速運(yùn)行。 

F54：程序運(yùn)行時間2，0.0 - 3600s。 

F56：程序運(yùn)行時間3，0.0 - 3600s。 

F58：程序運(yùn)行時間4，0.0 - 3600s。 

F60：程序運(yùn)行時間5，0.0 - 3600s。 

F62：程序運(yùn)行時間6，0.0 - 3600s。 

F64：程序運(yùn)行時間7，0.0 - 3600s。 

F69：X1 - X5端子功能設(shè)定。 

0：X3作程序運(yùn)行輸入端； 

1：保留。 

1. 變頻器作程序運(yùn)行模式時，F(xiàn)69 = 0，F(xiàn)08 = 100s，F(xiàn)09 = 100s，F(xiàn)38 = 0，F(xiàn)44 = 100Hz，F(xiàn)51 = 1，F(xiàn)52 = 400s，F(xiàn)53 = 01，F(xiàn)54 = F56 = F58 = F60 = F62 = F64 = 0。 

假設(shè)其它參數(shù)都已按實際情況設(shè)定完畢，此時外控端子X3閉合，變頻器開始運(yùn)行，變頻器驅(qū)動交流電機(jī)在100s內(nèi)從0Hz加速到100Hz運(yùn)行頻率，運(yùn)行300s后，又在100s內(nèi)從100Hz緩慢減至0Hz，完成了軟起動和軟停車。 

2. 當(dāng)變頻器作普通變頻器時，此時：F00 = 100Hz，F(xiàn)01 = 3，F(xiàn)02 = 1，F(xiàn)08 = 100s，F(xiàn)09 = 100s，假設(shè)其它參數(shù)均已根據(jù)實際情況設(shè)定完畢，則外控端子FWD或REV與GND短接時，變頻器驅(qū)動交流電機(jī)在100s內(nèi)從0速加速至運(yùn)行頻率100Hz，當(dāng)FWD或REV與GND斷開時，變頻器驅(qū)動交流電機(jī)在100s內(nèi)從100Hz速度減至0Hz，電機(jī)停轉(zhuǎn)，完成了軟起動和軟停車。 

除森蘭BT40 - 45kWT型變頻器外，有的變頻器也有類似功能。需特別說明的是：如果電機(jī)重載需起動轉(zhuǎn)矩較大時，則需選用比電機(jī)容量高一級的變頻器，否則無法實現(xiàn)軟起動。

變頻器的組成與常見故障及維修對策

摘要：本文介紹了變頻器組成結(jié)構(gòu)及相應(yīng)故障與維修對策

關(guān)鍵詞：逆變、驅(qū)動電路、IGBT模塊

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