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    ATV31变频器常见故障
    作者:佚名 日期:2019年03月15日 来源:本站原创 浏览:

    施耐德ATV31H系列通用变频器 常见故障维修

     

     

    线路原理分析:

    1.主回路

    施耐德ATV31H系列通用变频器采用的是交--交电压型变频方式,其主回路包括整流线路、滤波及储能线路、能耗制动、直-交逆变由以下几个部分组成(其原理图见图1)。

     

     

     

                                        1

        ⑴整流部分 

    三相整流部分由六只整流管组成整流桥,将电源的交流电全波整流成直流,如果电源的电压为Ui,则全波整流后平均直流电压Ud的大小为:

                               Ud=1.35×Ui

     三相电源的线电压为380V,则全波整流后的平均电压为

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

    由于施耐德ATV31H系列整流器均在模块内部,损坏后只能整体更换。整流器的好坏可以用万用表电阻挡测量。

    ⑵滤波部分

    电容C1C2是将整流后的脉动直流电滤平电压纹波并储能。变频器功率越大所配备的电容容量越大。施耐德ATV31变频器的部分型号电容配置见下表:

    变频器型号

    变频器功率

    电容容量(μF

    电容数量(只)

    总容量(μF

    ATV31H075N4A

       0.75KW

       390

         2

        780

    ATV31HU15N4A

       1.5KW

       550

        2

       1100

    ATV31HU22N4A

       2.2KW

       550

        2

       1100

    ATV31HU55N4A

       5.5KW

       390

        8

       3120

    ATV31HU75N4A

       7.5KW

       550

        8

       4400

    有如下情况时,要检查电容是否损坏:

    当容量下降到80%时就要更换电容。使用四年以上的变频器要检查容量是否下降。

    滤波前的整流桥损坏后,有交流电直接进入了电容器,要检查电容器有没有损坏。

    分压电阻损坏后,由于分压不均,要检查电容器有没有损坏。

    外包绝缘损坏后,要检查电容器有没有损坏。

    由于在变频器合上电的瞬间,滤波电容器的充电电流很大,易损坏整流器。为了保护整流器,在电路中串接了R1AR1B,以限制电容器的冲电电流,当电容器上充电电压达到一定程度时,继电器RY1吸合,继电器触点接通短接R1

    ⑶制动部分

    由于异步电动机在再生制动减速过程中,再生能量存储于滤波电路的电容器中,使直流母线的电压上升,为了释放制动能量在模块中使用了一只IGBT管。通过控制IGBT管的导通程度可以设置制动时间,由于设备的需要,电机必须在规定的时间内停车,施耐德ATV31系列设置了直流注入停车。此功能可以通过菜单设定。

    ⑷逆变部分

    逆变部分采用六只(或6×n只,5.5KW n=2,7.5KW n=3,n根据功率大小决定)IGBT管和续流二极管组成,由上桥推动和下桥推动线路控制六只IGBT管的开关顺序和导通时间,将滤波后的直流电转换成频率和电压都可以变化的交流电。输出频率和输出电压的调节均由逆变器按PWM(Pulse Width Modulation)方式来完成。

    施耐德ATV31系列变频器部分型号使用模块一览表:

    变频器型号

    IGBT模块型号

    模块生产厂家

    ATV31H075N4A

      FP10R12YT3

    Infineon(英飞凌)eupec(优派克)

    ATV31HU15N4A

      FP15R12YT3

    Infineon(英飞凌)eupec(优派克)

    ATV31HU22N4A

      FP15R12YT3

    Infineon(英飞凌)eupec(优派克)

    ATV31HU55N4A

      Skiip 31NAB125T12

    SEMIKRON (德国西门康)

    ATV31HU75N4A

      Skiip 32NAB125T12

    SEMIKRON (德国西门康)

    2.控制回路

    控制回路主要包括DSP(CPU)、检测传感电路、电压/电流检测电路控制信号的输入输出电路、IGBT上下桥驱动电路、各种保护电路、开关电源。

    ⑴开关电源(注:为5.5KW/7.5KW电源)

    施耐德变频器的辅助电源采用开关电源,具有体积小、功耗低、效率高等优点。电源输入为主回路直流母线电压约513V。通过脉冲变压器的隔离变换和变压器副边的整流滤波可以得到多路直流电压输出。其中+12V-12V+5V共地,+12V采用TA78M12S三端稳压集成电路,-12V采用TA7912S稳压,+5V采用MJN7223DL1-50稳压。电源震荡采用FA13842F,±12V给传感器、运放等电路供电,+5VDSP以及数字电路供电。相互隔离的四路+18VIGBT模块的上下桥驱动供电。下图为本人实测的5.5KW(7.5KW)开关电源图(图2)。需要注意的是当FA13842F损坏时,使用UC3842不能代换。施耐德ATV31系列变频器开关电源可靠性较高,在已经维修的上百台中,只有一台开关电源损坏。

     

     

                          2

    DSP(数字信号处理器)

      施耐德ATV31H系列变频器采用的DSP为日立公司的80脚的HD64F2612(0.75KW3KW)HD64F2618(5.5KW7.5KW),主要完成电压、电流、温度采样、六路PWM输出,各种故障报警输入输出,电压电流频率设定信号输入等。电机控制算法的运算等功能。

    IGBT的上下桥驱动

    0.75KW2.2KW变频器上下桥原理图见图3。上桥的PWM信号分别从DSP233032脚输出到IC102(TC7W14FU)反相整形以及阻抗变换匹配,再从IC102输出到PC1PC2PC3光耦对信号隔离放大,ZD111ZD121ZD13118V稳压管,是PC1PC2PC3的输出保护,D113D123D133D111D121D132(A6)ZD112ZD122ZD132(16V稳压管)组成IGBT的上桥输入保护线路。

    0.75KW1.5KWDSP以及软件都相同,线路全部相同只是桥驱动部分有部分元件的参数不同。

    现将0.75KW1.5KW的元器件不同的参数列表如下:

    元件位置号

    0.75KW

    1.5KW

    R21R22R23

    75mΩ

    43mΩ

    R117R1127R137R173

    221220Ω)

    121120Ω)

    R112R123R132

    221220Ω)

    121220Ω)

    IGBT

    FP10R12YT3

    FP15R12YT3

    C1AC2A

    390μF/420V

    550μF/420V

    根据上表只要将0.75KW的变频器按1.5KW的变频器的参数进行修改,0.75KW就可以成为1.5KW变频器。根据上表改制了几台使用效果良好。

     

     

                          3

     下桥的PWM信号从DSP输出到IC101(TD62930F)456脚,进行隔离放大。从IC10191012131516脚输出通过ZD142ZD152ZD162(16V稳压管)D442D452D462(A6)组成的保护线路输入到模块的IGBT下桥。

    5.5KW/7.5KW的上下桥驱动线路见图4。从DSP输出的PWM信号分别送到IC102SN74HC14ANSR)的91331115脚,其中9133脚为上桥驱动信号,1115脚为下桥驱动信号。经过六反相器整形放大后分别从8124脚输出上桥信号,从1026脚输出下桥驱动信号。分别送到PC1PC2PC3(HCNW3120)PC4PC5PC6(HCPL-3120)光耦隔离输出。再经过由D112D122D132(A6)ZD171ZD172ZD173(15V稳压管)D142D152D162(A6)组成的保护线路分别送到IGBT模块的上下桥。

     

     

                         4

    5.5KW7.5KW的变频器软件相同,线路相同。只有模块和储能电容参数不同,5.5KW的模块型号为:Skiip 31NAB125T12,电容为:390μF/420V×8只,7.5KW的模块型号为:Skiip 32NAB125T12,电容为:550μF/420V×8只。

     

    施耐德ATV31系列变频器常见故障实例分析

    INF故障报警

    机器型号:ATV31H全系列

    故障现象:由于本地气候潮湿,变频器又在高温、高湿、飞绒多的环境中使用,使用三年以上的变频器有近80%的都会出现此报警,当出现此类故障报警后,面板按键不起作用。

    故障原因:施耐德ATV31H系列变频器使用了薄膜面板,当显示“INF”故障时,薄膜按键都不起作用。我们从显示板上拔出薄膜插线,用万用表测量可以知道第二根线与第七根线已经断路。薄膜无法修复。

    维修办法:经与施耐德维修站联系,薄膜面板每根60元。由于损坏量大,从节约角度出发,不更换薄膜。我们找到显示板上的CN11插座从PCB面用导线直接将2脚与7脚连接,故障消失。

    OLF故障报警

    机器型号:ATV31HU22N4/2.2KW变频器

    故障现象:机器运转一段时间后停机保护,面板显示“OLF”。查阅厂家手册是,变频器温度太高。

    维修方法:经过观察是24V的风扇不转,检查24V电压正常,更换后机器恢复正常。

    OLF故障报警

    机器型号:ATV31HU22N4/2.2KW变频器

    故障现象:机器运转一段时间后停机保护,面板显示“OLF”

     

     

    维修方法:经过观察24V风扇不转,检查风扇端口无24V。实绘原理图见图5。风扇的控制信号来自DSP79脚,经过PC81(TLP721F)光耦来控制Q81(RSK)的导通风扇插座+24V输出。用万用表检查+24V电源电压正常,检查Q81的基极控制电压正常。测量Q81(RKS)损坏。经查贴片元件手册得知RKS的型号为BFP194。极性为PNP,封装为SOT23。主要参数为:Ic=100mAIb=10mAUceo=15VUcbo=20VUebo=3V。由于无法购买到原件,试用9012代换,机器正常,9012的温升正常。

    ⑷无显示

    机器型号:ATV31HU75N4/7.5KW变频器

    故障现象:面板无显示,控制端口无+10V+24V

     

     

    维修方法:开关电源实测原理图见图6。检测线路时R68有明显烧焦的痕迹,查Q1(K1317)已经击穿,R70AD23R70BIC14损坏。经更换元件后,机器恢复正常。特别需要注意的是UC3842不能直接代换FA13842N。分析该机损坏原因是板面的毛衣太多,加之湿度太大引起高压击穿。

     

    ⑸无显示

    机器型号:ATV31HU55N4/5.5KW变频器

    故障现象:面板无显示,控制端口无+10V+24V

    维修方法:拆开线路板后,有明显的焦味,目测D16已经烧焦。风扇线路原理图见图7用万用表测量C35两端短路,当检查到C83(1UF)贴片电容时,电容短路。更换后故障排除。

     

    ⑹无显示

    机器型号:ATV31HU22N4/2.2KW变频器

    故障现象:面板无显示,控制端口无+10V+24V

     

     

    维修方法:拆开线路板后,有明显的焦味,目测D16已经烧焦。更换D16F65J),未插24V风扇,机器正常。插上风扇后,显示正常,但启动电动机后,风扇开始运转,有明显的焦味,接着显示消失。打开线路板后,发现D16(F65J)又烧毁,怀疑D16电流太小。更换大电流二极管,通电试机,还是烧毁D16。根据图5检查外围线路正常,考虑风扇是否电流过大,改用0.1A/24V的风扇(原是0.24A/24V的风扇),接通线路后还是烧毁D16,维修陷入绝境。后来考虑到风扇不运转时+24V正常,风扇运转后立即烧坏D16,也就是D16不能带负载。怀疑开关电源的震荡频率是否升高,检查开关线路的震荡贴片电容,当查到C26时(见图6),发现没有容量,用2200P的电容更换后机器恢复正常。

     

    ⑺无显示

    机器型号:ATV31HU55N4/5.5KW变频器

    故障现象:面板无显示,控制端口无+10V+24V

    维修方法:打开线路板,发现IGBT模块有明显的击穿痕迹,拆开模块可以看到模块内的三相桥已经损坏,模块的型号是西门康公司产的Skiip 31NAB125T12。考虑到模块价格高且很难购买,平时在维修国产变频器经常看到用两只桥堆代替三相桥。就到市场上购买了两只35A/1200V的单相桥堆,在外壳的铝板上打两个孔固定好桥堆。桥堆的接线桩头一定要用热缩管包裹好(以防触电),将接线接入线路板,通电后机器正常,所改装的变频器一直使用到现在。用此方法共修复了六台5.5KW7.5KW变频器。大大降低了维修成本。

     

    ⑻无显示

    机器型号:ATV31HU22N4/2.2KW变频器

    故障现象:面板无显示,控制端口无+10V+24V

    维修方法:打开线路板,发现模块(FP15R12YT3)已经明显击穿,根据图3,检查模块外围线路发现ZD142ZD152(16V稳压管)D143D153(A6)R127R137(120Ω)已经损坏,更换上述元件后,通电有显示,但显示故障代码“SCF”,查手册得知是电动机短路。电动机还未接入变频器,考虑到R127R137的损坏,更换了下桥驱动集成电路IC101(原型号为TD62930F,替换型号为TD62930FG),通电机器正常。

     

    ⑼无显示

    机器型号:ATV31HU75N4/7.5KW变频器

    故障现象:面板无显示,控制端口无+10V+24V

    维修方法:打开线路板,发现模块(Skiip 32NAB125T12IGBT管已经损坏两组,根据图4查模块外围元件,发现ZD171ZD172(15V稳压管)D112D122(A6)R111(51Ω)PC1(HCNW3120)损坏,更换上述元件后,通电显示正常,但显示故障代码“SCF”。考虑到光耦PC1(HCNW3120)的损坏,更换IC102(SN74HC14ANSR)后,故障排除。

     

    INF故障报警

    机器型号:ATV31H075N4/0.75KW变频器

    维修方法:面板按键不起作用,短接CN1127脚后,故障依旧。更换显示板和薄膜面板后,故障未排除,试更换存储器IC3(M93C76MN3T)后,故障排除。

     

    CFF故障报警

    机器型号:ATV31HU30N4A/3KW变频器

    维修方法:查厂家安装编程手册为配置故障,进入菜单调整相关参数和恢复出厂设置,均未能排除。更换IC3F93C76)存储器后,故障排除。

     

    CRF报警

    机器型号:ATV31HU22N4A/2.2KW变频器

    维修方法:使用三年以上的变频器,此种报警较多。正常只要把机器电源多开关几次,一般此故障报警能够消失。查厂家安装编程手册为:“电容器负载电路”有故障,厂家分析可能原因为:“负载继电器控制故障或充电电阻损坏”。本例故障是采用多次开关电源后报警故障未能恢复正常,拆开机器检查充电电阻R1AR1B(39Ω/7W)正常,查分压电阻R11R12(100K/7W)正常,测C1AC2A(550μF/420V)容量正常。发现电容器线路板表面氧化严重积灰较多,清理表面氧化层和积灰,并用绝缘清漆处理板面后装机试机故障排除。

     

    由于本地的气候的影响以及使用环境的影响,导致变频器损坏率很高。出现的各种故障现象很多,本文只例举了部分常见故障。在去年下半年对所有变频器进行了防潮防水处理后,变频器故障率大大降低。维修量只有过去的1/4左右。目前市场上所售ATV31系列变频器厂家均已经经过防水处理。

    交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术,既要处理电能的转换,又要处理信息的收集、变换和传送,因此它的共性技术分成功率转换和弱电控制二部分。印染企业是高能耗单位,由于变频器节电效果显著,调速方便,输出特性好等优点,目前被广泛应用。现就本公司应用最多的施耐德ATV31H系列变频器的原理和常见故障作如下介绍: 

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