VFD工作原理

時間：2023-05-01 11:36:54 資料我要投稿

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VFD工作原理

開關電源簡化電路圖

變頻器的開關電源電路完全可以簡化為上圖電路模型，電路中的關鍵要素都包含在內了。而任何復雜的開關電源，剔除枝蔓后，也會剩下上圖這樣的主干。其實在檢修中，要具備對復雜電路的“化簡”的能力，要在看似雜亂無章的電路伸展中，拈出這幾條主要的脈絡。要向解牛的庖丁學習，訓練自己的眼前不存在什么整體的開關電源電路，只有各部分脈絡和脈絡的走向——振蕩回路、穩壓回路、保護回路和負載回路等。

看一下電路中有幾路脈絡。

1、振蕩回路：開關變壓器的主繞組N1、Q1的漏--源極、R4為電源工作電流的通路；R1提供了啟動電流；自供電繞組N2、D1、C1形成振蕩芯片的供電電壓。這三個環節的正常運行，是電源能夠振蕩起來的先決條件。

當然，PC1的4腳外接定時元件R2、C2和PC1芯片本身，也構成了振蕩回路的一部分。

2、穩壓回路：N3、D3、C4等的+5V電源，R7—R10、PC3、R5、R6等元件構成了穩壓控制回路。

當然，PC1芯片和1、2腳外圍元件R3、C3，也是穩壓回路的一部分。

3、保護回路：PC1芯片本身和3腳外圍元件R4構成過流保護回路；N1繞組上并聯的D2、R6、C4元件構成了IGBT的保護電路；實質上穩壓回路的電壓反饋信號——穩壓信號，也可看作是一路電壓保護信號。但保護電路的內容并不僅是局限于保護電路本身，保護電路的起控往往是由于負載電路的異常所引起。

4、負載回路：N3、N4次級繞組及后續電路，均為負載回路。負載回路的異常，會牽涉到保護回路和穩壓回路，使兩個回路做出相應的保護和調整動作。

振蕩芯片本身參與和構成了前三個回路，芯片損壞，三個回路都會一齊罷工。對三個或四個回路的檢修，是在芯片本身正常的前提下進行的。另外，要像下象棋一樣，用全局觀念和系統思路來進行故障判斷，透過現象看本質。如停振故障，也許并非由振蕩回路元件損壞所引起，有可能是穩壓回路故障或負載回路異常，導致了芯片內部保護電路起控，而停止了PWM脈沖的輸出。并不能將和各個回路完全孤立起來進行檢修，某一故障元件的出現很可能表現出“牽一發而全身動”的效果。

開關電源電路常表現為以下三種典型故障現象（結合圖3、9）：

一、次級負載供電電壓都為0V。變頻器上電后無反應，操作顯示面板無指示，測量控制端子的24V和10V電壓為0V。檢查主電路充電電阻或預充電回路完好，可判斷為開關電源故障。檢修步驟如下：

1、先用電阻測量法測量開關管Q1有無擊穿短路現象，電流取樣電阻R4有無開路。電路易損壞元件為開關管，當其損壞后，R4因受沖擊而阻值變大或斷路。Q1的G極串聯電阻、振蕩芯片PC1往往受強電沖擊而損壞，須同時更換；檢查負載回路有無短路現象，排除。

2、更換損壞件，或未檢測中有短路元件，可進行上電檢查，進一步判斷故障是出在振蕩回路還是穩壓回路。

檢查方法：

a、先檢查啟動電阻R1有無斷路。正常后，用18V直流電源直接送入UC3844的7、5腳，為振蕩電路單獨上電。測量8腳應有5V電壓輸出；6腳應有1V左右的電壓輸出。說明振蕩回路基本正常，故障在穩壓回路；

若測量8腳有5V電壓輸出，但6腳電壓為0V，查8、4腳外接R、C定時元件，6腳外圍電路；

若測量8腳、6腳電壓都為0V，UC3844振蕩芯片壞掉，更換。

b、對UC3844單獨上電，短接PC2輸入側，若電路起振，說明故障在PC2輸入側外圍電路；電路仍不起振，查PC2輸出側電路。

二、開關電源出現間歇振蕩，能聽到“打嗝”聲或“吱、吱”聲，或聽不到“打嗝”聲，但操作顯示面板時亮時熄。這是因負載電路異常，導致電源過載，引發過流保護電路動作的典型故障特征。負載電流的異常上升，引起初級繞組激磁電流的大幅度上升，在電流采樣電阻R4形成1V以上的電壓信號，使UC3844內部電流檢測電路起控，電路停振；R4上過流信號消失，電路又重新起振，如此循環往復，電源出現間歇振蕩。

檢查方法：

a、測量供電電路C4、C5兩端電阻值，如有短路直通現象，可能為整流二極管D3、D4有短路；觀察C4、C5外觀有無鼓頂、噴液等現象，必要時拆下檢測；供電電路無異常，可能為負載電路有短路故障元件；

b、檢查供電電路無異常，上電，用排除法，對各路供電進行逐一排除。如拔下風扇供電端子，開關電源工作正常，操作顯示面板正常顯示，則為24V散熱風扇已經損壞；拔下+5V供電接子或切斷供電銅箔，開關電源正常工作，則為+5V負載電路有損壞元件。

三、負載電路的供電電壓過高或過低。開關電源的振蕩回路正常，問題出在穩壓回路。

輸出電壓過高，穩壓回路的元件損壞或低效，使反饋電壓幅度不足。檢查方法： a、在PC2輸出端并接10k電阻，輸出電壓回落。說明PC2輸出側穩壓電路正常，故障在PC2本身及輸入側電路；

b、在R7上并聯500Ω電阻，輸出電壓有顯著回落。說明光電耦合器PC2良好，故障為PC3低效或PC3外接電阻元件變值。反之，為PC2不良。

負載供電電壓過低，有三個故障可能：1、負載過重，使輸出電壓下降；2、穩壓回路元件不良，導致電壓反饋信號過大；3、開關管低效，使電路（開關變壓器）換能不足。

檢查與修復方法：

a、將供電支路的負載電路逐一解除（注意！不要以開路該路供電整流管的方法來脫開負載電路，尤其是接有穩壓反饋信號的+5V供電電路！反饋電壓信號的消失，會導致各路輸出電壓異常升高，而將負載電路大片燒毀！）判斷是否由于負載過重引起電壓回落；如切斷某路供電后，電路回升到正常值，說明開關電源本身正常，檢查負載電路；輸出電壓低，檢查穩壓回路。

b、檢查穩壓回路的電阻元件R5—R10，無變值現象；逐一代換PC2、PC3，若正常，說明代換元件低效，導通內阻變大。

c、代換PC2、PC3若無效，故障可能為開關管低效，或開關和激勵電路有問題，也不排除UC3844內部輸出電路低效。更換優質開關管、UC3844。

對于一般性故障，上述故障排查法是有效的，但不一定百分之百地靈光。若檢查振蕩回路、穩壓回路、負載回路都無異常，電路還是輸出電壓低，或間歇振蕩，或干脆毫無反應，這此情況都有可能出現。先不要犯愁，讓我們往深入里分析一下電路故障的原因，以幫助盡快查出故障元件。電路的間歇振蕩或停振的原因不在起振回路和穩壓回路時，還有哪些原因可導致電路不起振呢？

（1）主繞組N1兩端并聯的R、D、C電路，為尖峰電壓吸收網絡，提供開關管截止期間，儲存在變壓器中磁場能量的泄放通路（開關管的反向電流通道），保護了開關管不被過壓擊穿。當D2或C4嚴重漏電或擊穿短路時，電源相當于加上了一個很重的負載，使輸出電壓嚴重回落，U3844供電不足，內部欠電壓保護電路起控，而導致電路進入間歇振蕩。因元件并聯在N1繞組上，短路后不易測出，往往被忽略；

（2）有的開關電源有輸入供電電壓的（電壓過高）保護電路，一旦電路本身故障，使電路出現誤過壓保護動作，電路停振；

（3）電流采樣電阻不良，如引腳氧化、碳化或阻值變大時，導致壓降上升，出現誤過流保護，使電路進入間歇振蕩狀態；

（4）自供電繞組的整流二極管D1低效，正向導通內阻變大，電路不能起振，更換試驗；

（5）開關變壓器因繞組發霉、受潮等，品質因數降低，用原型號變壓器代換試驗；

（6）R1起振電路參數變異，但測量不出異常，或開關管低效，此時遍查電路無異常，但就是不起振。

修理方法：

變動一下電路既有參數和狀態，讓故障暴露出來！試減小R1的電阻值（不宜低于200kΩ以下），電路能起振。此法也可做為應急修理手段之一。無效，更換開關管、UC3844、開關變壓器試驗。

輸出電壓總是偏高或偏低一點，達不到正常值。檢查不出電路和元件的異常，幾乎換掉了電路中所有元件，電路的輸出電壓值還是在“勉強與湊合”狀態，有時好像能“正常工作”了，但讓人心里不踏實，好像神經質似的，不知什么時候會來個“反常表現”。不要放棄，調整一下電路參數，使輸出電路達到正常值，達到其工作狀態，讓我們“放心”的地步。電路參數的變異，有以下幾種原因：

1、晶體管低效，如三極管放大倍數降低，或導通內阻變大，二極管正向電阻變大，反向電阻變小等；

2、用萬用表不能測出的電容的相關介質損耗、頻率損耗等；

3、晶體管、芯片器件的老化和參數漂移，如光電耦合器的光傳遞效率變低等；

4、電感元件，如開關變壓器的Q值降低等；

5、電阻元件的阻值變異，但不顯著。

6、上述5種原因有數種參于其中，形成“綜合作用”。

由各種原因形成的電路的“現在的”這種狀態，是一種“病態”，也許我們得換一下檢修思路了，中醫有一個“辨證施治的”理論，我們也要用一下了，下一個方子，不是針對哪一個元件，而是將整個電路“調理”一下，使之由“病態”趨于“常態”。就這么“模糊著糊涂著”，把病就給治了。

修理方法（元件數值的輕微調整）：

1、輸出電壓偏低：

a、增大R5或減小R6電阻值；b、減小R7、R8電阻值或加大R9電阻值。

2、輸出電壓偏高：

a、減小R5或增大R6電阻值；b、增大R7、R8電阻值或減小R9電阻值。上述調整的目的，是在對電路進行徹底檢查，換掉低效元件后，進行的。目的是調整穩壓反饋電路的相關增益，使振蕩芯片輸出的脈沖占空比變化，開關變壓器的儲能變化，使次級繞組的輸出電壓達到正常值，電路進入一個新的“正常的平衡”狀態。