变频器电路.doc

1、主电路图康沃 CVF-G-5.5kW 变频器主电路图说这台 5.5kW 康沃变频器的主电路，就是一个模块加上四只电容器呀。除了模块和电容，没有其它东西了。在维修界，流行着这样的说法：宁修三台大的，不修一台小的；小机器风险大，大机器风险小。小功率变频器结构紧凑，有时候检查电路都伸不进表笔去，只有引出线来测量，确实麻烦。此其一；小功率变频器，主电路就一个模块，整流和逆变都在里面了。内部坏了一只 IGBT 管子，一般情况下只有将整个模块换新，投入的成本高，利润空间小。而且万一出现意外情况，换上的模块再坏一次，那就是赔钱买卖了。要高了价，用户不修了，要低的价，有一定的修理风险。如同鸡肋，食之无味，弃之

2、可惜。修理风险也大。大机器空间大，在检修上方便，无论是整流电路还是逆变电路，采用分立式模块，坏一只换一只，维修成本偏偏低下来了。而大功率变频器的维修收费上，相应空间也大呀。修一台大功率机器，比修小的三台，都合算啊。因变频器直流电路的储能电容器容量较大，且电压值较高，整流电路对电容器的直接充电，有可能会造成整流模块损坏和前级电源开关跳闸。其实这种强Y 充电，对电容器的电极引线，也是一个大的冲击，也有可能造成电容器的损坏。故一般在整流电路和储能电容器之间接有充电电阻和充电继电器（接触器） 。变频器在上电初期，由充电电阻限流给电容器充电，在电容器上建立起一定电压后，充电继电器闭合，整流电路才与储能电

3、容器连为一体，变频器可以运行。充电电阻起了一个缓冲作用，实施了一个安全充电的过程。当负载转速超过变频器的输出转速，由 U、V 、W 输出端子向直流电路馈回再生能量时，若不能及时将此能量耗散掉，异常升高的直流电压会危及储能电容和逆模块的安全。BSM15GP120 模块内置制动单元，机器内部内置制动电阻RXG28-60。虽有内置制动电阻，但机器也有 P1、PB 外接制动电阻端子，当内置电阻不能完全消耗再行能量时，可由端子并接外部制动电阻，完成对电机发电的再生能量的耗散。制动单元的开关信号由 GB、N 两个控制端子引入，制动开关信号是由 CPU 主板提供的。对 IGBT 逆变电路的保护， 1、过流、

4、短路保护电路IGBT 管压降检测电路，又称为模块故障检测电路。驱动电路一般也兼有模块故障检测功能。在IGBT 模块内流通异常电流时，实施快速停机保护；2、电压保护电路直流电路的电压检测电路，逆变电路供电异常时，实施停机保护；3、个别机器还有输入三相电源检测电路，和输出三相电压检测电路，在输入电源电压缺相和缺出异常时，均会实施停机保护；4、温度保护电路模块温度检测电路，在运行状态中检测模块温度异常上升时，实施停机保护。一般的温度检测电路，由温度传感元件与后续电路构成。BSM15GP120 模块内部，内置有模块温度检测电路，模块温升异常时输出高电平信号给 CPU。早期生产的变频器产品，逆变功率电路

5、有采用可控硅器件的，在可控硅的关断和换相上控制较为复杂，载波频率往往也较低。电机运行的噪声和振动都要大一些。是不是也有人考虑过用双极型器件（晶体三极管）做功率逆变电路的，但因三极管为电流驱动型器件，驱动电路须提供很大的驱动功率，这会带来极大驱动功耗和驱动电路应做成一块相当大的线路板，这样不光考虑模块的散热，还要考虑驱动电路的散热了。也有人考虑用场效应晶体管来做，但场效应晶体管的导导通压降太大，这会形成管子本身的功耗，而且场效应晶体管的功率容量也是有限的。再后来，随着技术的进步，出现了新型器件IGBT 管子。该器件融合了双极型器件和场效应器件两者的优点电压控制、较小的导通压降和较大的功率容量。使

6、驱动电路和 IGBT 模块本身的功耗都大为降低，并且易于驱动。所以现在所有的变频器的功率输出电路，一律都是采用 IGBT 模块了。康沃 CVF-G-5.5kW 变频器开关电源电路图康沃 CVF-G-5.5kW 变频器开关电源电路图说任何电子设备，电源电路的故障率总是相当高的因其要提供整机的电源供应，负担最重。看家电维修有关彩色电视机的文章，对于开关电源的修理，那是需要拿出专门章节来讨论的。变频器的开关电源电路，形式上比较单一，相差倒不大，不像彩电的电源电路那么五花八门。别以为电路简单，修理就会相对简单，简单电路也是有疑难故障的哟！检修起来不像线性电源那么直观，开关电源的任一个小环节振荡、稳压、

7、保护、负载等出现异常，都会使电路出现千奇百怪的故障现象！人干电气、电子修理这个行当越久、越深入，便越是自负不起来，同一种电路，你修过了一千种故障，但说不定哪一天，在你觉得踌躇满志不在话下的当儿，第一千零一种故障现身了，也能让你挠会儿头。R40、R41、LED 组成上电启动电路，为振荡芯片 U1-3844B 提供上电时的起振电流。在电路起振工作后，由自供电绕组、D13 、D14、C30 构成的整流滤波电路为 U1 提供工作电源。自供电绕组、 D13、C31 整流滤波电路输出的电压，同时也作为反馈电压信号输入到 U1 的 2 脚，由内部误差放大器与基准电压比较，输出控制电压控制内部 PWM 波发生

8、器，改变 U1 的 6 脚输出脉冲的占空比，从而控制开关管 K2225 的导通与截止时间，维持次级绕组输出电压的稳定。自供电绕组、D13、D14、C30、C31 既是 U1 的供电电源，同时构成了稳压电路，将因电网电压波动或负载电流变动引起的次级绕组输出电压的变化，反馈到 U1 的2 脚，实现稳压控制。在 U1 的 7 脚供电电压值超过 16V 以上时，U1 的 8 脚输出 5V 基准电压，为 U1 的 4 脚外接振荡电路的定时元件提供充、放电能量，4 脚 R、C 元件与内部电路配合，在 4 脚产生锯齿波振荡脉冲，该脉冲送入内部 PWM 波形成电路。开关变压器 BT 的初级绕组与开关管串接，由

9、开关管的导通和截止，将直流供电能量经 BT 绕组转变为交变能量（电磁能量） ，再耦合到次级电路。与主绕组相并联的 D15、C32、R39 等元件，提供开关管截止时主绕组感生反向电流的泄放通路，抑制了反向电压的峰值，并加快了开关管的截止速度，同时也避免了开关管承受过高反压而损坏，具有一定保护作用；开关管源极串联的电流采样电路 R37，将流过主绕组和开关管的电流转化为电压信号，输入到 U1 的 3 脚，当开关管流过异常电流时，R37 上电压降上升，U1 的 3 脚内部电流信号处理电路，输出控制信号，或改变 6 脚脉冲信号的占空比，使开关管截止时间变长，以降低电源的输出电流。在有过流状况发生但 R3

10、6 上电压降在 1V 以下时，内部电流信号处理电路输入信号，控制 6 脚输出信号的占空比，实施限流控制。而当过流严重使 R36 上电压上升为 1V 以上时，内部电流信号处理电路使 U1 停振，以实施过流保护。当听到开关电源发出“打嗝”声，处于时振时停状态下，说明负载电路有严重过流情况发生，处于过流停振保护的临界点上。 “打嗝”现象，实质上是电路本身实施的保护动作。次级绕组输出电压经 D9、C25 整流滤波成+8V 直流电源，送入 CPU 主板，再经后级电路稳压成+5V，供 CPU 电路；次级绕组输出电压经 D6、C20 整流滤波成 24V 直流电源，供充电继电器 MC 的线圈供电，变频器上电时

11、，先由充电电阻给直流电路的储能电容器充电，CPU 再输出一个 MC 闭合指令（由 CON1端子的 29 脚进入） ，MC 闭合，将充电电阻短接。24V 电源还作为两只散热风扇的供电电源，两只散热风扇由三极管 T2、T3 驱动，风扇运转指令也由 CPU 以端子 CON1 的 27 脚输入，控制 T2、T3 的导通与截止。另有两组 D10、C27 和D8、C23 等整流滤波电源，分别输出+18V 和-18V 两路供电，送入 CPU 主板，再由后级稳压电路处理成+15V、-15V 直流稳压电源，供电流、电压保护检测电路和控制电路。-18V 的供电绕组，同时还由 D7 正向整流成正电压，作为直流电压的

12、检测信号，送入后级直流电路电压检测电路，进一步处理后，送入CPU，供过、欠压保护、直流电压显示、参与输出电路控制等。康沃 CVF-G-5.5kW 变频器驱动电路图康沃 CVF-G-5.5kW 变频器驱动电路图说小功率变频器主电路、开关电源电路、驱动电路，往往是做于一块线路板上 的，不能简单地称为电源/驱动板了，三相整流、三相逆变和储能电容器也在线路板上呀。该块线路板的故障率较高，能占到变频器总故障率的 80%左右。CPU 主板故障相对较小，低电压小电流信号嘛。主电路器件，如逆变模块，和驱动电路，有故障共生的特点，模块的损坏，必将波及驱动电路受冲击；驱动电路的异常，也往往危及到模块。所谓变频器维

13、修，维修人员的大部分时间是耗费在这块板子上的。电源/驱动板的电路结构是大同小异的，各个品牌的变频器的电源/驱动板你要是修理多了经手多了 感觉都差不多的。CPU 主板，这是一个不太准确的称谓，变频器的中心控制部件国人习惯上称为单片机，国际上称其为微控制器（因结构性能上高于微处理器） 。但大家吆喝 CPU 主板已经成习惯了，仿佛约定俗成似的，我也随大溜，把以微控制器为中心的那块板子，称为CPU 主板了。CPU 主板电路，包括单片机及外单片机外围电路，控制端子的输入、输出信号电路、电流电压检测电路、温度检测电路、其它控制电路等。对CPU 主板电路的维修，在无电路原理图的情况下，难度是较大的。尤其是多

14、层印刷线路和小体积贴片元件构成的 CPU 主板。一般变频器都是都是由这两块板子构成的，当然也有例外的啊，也有把开关电源与单片机做在一个板子上的。驱动 IC 由 TLP250 担任，对驱动 IC 的供电来说（以 U 相上桥臂驱动电路为例） ，是由 D5、C19 整流滤波电路直接提供 24V 单电源供电的，但 24V 电源回路中，由 R26、Z1、C5 的稳压电路又“人为”分离出一个零电位点来，这个零电位点经模块触发端子加到逆变模块内部 IGBT 管子的射极。假定稳压管 Z1 的击穿电压值为 9V，则供电电源的正端对零电位点的电压值为+15V，对供电电源的负端电压值为-9V。因而，当 U1 的 6

15、/7 脚输出高电平的激励电压时， IGBT 的栅-射结被接入+15V 的激励电压，IGBT 管子被驱动而开通，这个驱动过程实质上是+15V 电压对栅-射结电容充电的过程；当 U1 的 6/7 脚输出低电平的激励电压时，IGBT 的栅-射结被接入-9V 的截止电压，IGBT 管子的栅- 射结承受反偏压而截止，这个截止过程实质上是-9V 供电对 IGBT 管子的栅 -射结电容内储存的电荷进行中和而使其快速消失的过程。可以说，对 IGBT 管子的开通的控制是由+15V 电源对其栅-射结电容“灌入电流”的结果使然；而对 IGBT 管子的截止的控制，则是由-9V 电源对栅- 射结电容内储存电荷进行快速“

16、拉出电流”的结果使然。我一直对 IGBT 管子是电压型控制器件的理论颇有微言，而认为此类管子仍为电流型控制器件，在写作此文的过程中，觉得我的说法有点矫枉过正的意思了。相对于双极型器件，IGBT 管子的驱动电路只是提供了瞬态的驱动电流，而前者的驱动电路则一直在提供“常态”的驱动电流。大功率变频器的逆变电路若是采用双极型器件的话，其驱动电路的电流输出能力和本身功耗，将是非常之大的。这也正是 IGBT 模块所以被广泛采用的原因了。将 IGBT 器件定义为电压驱动型器件，容易让人产生 IGBT 管子的触发回路不吸取电流，不消耗驱动功率的误解。我们说，电容本身虽然为储能元件，IGBT 管子的栅- 射结电

17、容上的电荷，在驱动电路的作用下反复充放， IGBT 管子的输入回路的内电路（比如串接于回路的电阻元件）是消耗能量的。事实上，瞬态较大的充、放电电流，在驱动IC 或功率驱动管的内阻和栅极电阻（R12）上，仍旧形成了较大的电阻性有功损耗。也即是说，驱动电路本身仍要付出一定的驱动功率。这也就是驱动电路尤其是大功率变频器的驱动电路，仍然采用了功率推动管和栅极电阻也为数瓦大功率电阻的原因。驱动电路的功率损耗是集中于功率输出级的导通内阻与脉冲引入电阻上的。电阻 R12 为 IGBT 管子触发脉冲的引入电阻，对它的真实身份的名称，至今似乎还未形成确切的定义。栅极电阻？限流电阻？隔离电阻？补偿电阻？脉冲引入电

18、阻？它一是决定了 IGBT 管子栅- 射结电容的充、放电电流的大小与速率，二是减小了触发端子接线引线电感的影响。康沃 CVF-P1-5.5kW 变频器控制端子电路图康沃 CVF-P1-5.5kW 变频器控制端子电路图说本图及下二图，为 CPU 主板电路图。本图主要为变频器的控制端子电路、外部存储器和晶振电路等。在变频器的修理和测绘过程中，因用户取机使我无法将P 型机的 CPU 主板一直绘完，不得已测绘了 P 型和 G 型机的两种 CPU 主板电路，幸好两种机型的 CPU 主板电路是一样的（感觉应该是呀） ，便将各部分电路合画在一起了。错误责任，我自承担。将控制信号的输入和输出电路做得稍微讲究一

19、点的话，还是不要直接输入、输出的好，起码得用光电耦合器隔离一下。光电耦合器的使用，不仅使控制端子与 CPU 之间有了电气隔离的安全性，也使电路的抗干扰能力大为增强小幅度电压信号的扰动被光耦器件“隔离”了。X1-X5：多功能信号输入端子，端子与 CM 闭合有效，端子的具体功能可由参数设定。可通过参数设置如多段速指令、频率通道选择、正反转点动控制等，能使变频器适应用户的多种控制方式，加强了控制上的灵活性。FWD、REV、RST 也为数字信号输入端子，但其功能已被指定，只可用作变频器的起、停和故障复位控制，不能通过参数另行修改了。输入信号经光电耦合器隔离，输入侧为 24V 供电，当输入端子与 CM

20、闭合时，形成了光耦器件的输入电流，输出侧三极管导通，将+5V 高电平信号加到 CPU 的引脚。这也是变频器控制端子经常采用的电路形式和供电方式。CPU 引脚都接有与地相连的下拉电阻，在无信号输入时为低电平。下拉电阻与电容又接成消噪电路，具有抗干扰效果。由开关电源次级绕组整流滤波电路输出的+8V 电压经 VOL1（L7805CV）稳压输出+5V 电源，供 CPU。开关电源电路输出的+18V、-18V 供电，也分别经VOL3（LM78L15ACZ） 、VOL2（79L15）稳压成+15V 和-15V 供保护控制电路。CPU 的 2 脚输出低电平变频器运行（或故障）信号，由 PC2 驱动继电器REY

21、1，再由端子触点输出，经外接指示灯或继电器等器件，显示变频器的运行（或故障）状态。CPU 的 22、23 脚外接 4MHz 晶振，与内部振荡电路一起，产生 CPU 工作所需的基准时钟。CPU，又称为中央处理器，内部一般由运算器、控制器、内存储器、输入/输入设备及接口电路及总线组成，但随技术的进步和更新，其功能和结构均在不断扩充中将原来 CPU 外围的电路也集成于器件内部。将其硬件设备扩充到一定的规模，而使之能独立完成一个较复杂的控制功能，此器件即被称为微处理器了。在微处理器家庭中，为适用于某一应用领域，在硬件构成上有别于通用型微处理器（如 80C51）有一定的独特性，如本文特指的变频器经常采用

22、的微处理器，具备六路 PWM 波输出功能，能实现特定的控制功能，又被称为微控制器，别名：单片机。因业内人士一般将变频器单片机的电路板之为 CPU 主板，从约定俗成和定义简洁的方面考虑，也将微控制器（单片机） ，姑且称之为 CPU 了。CPU 的 34-40 脚与 IC2 相连接。IC2 为串口 EEPROM 存储器，为标准三线串行接口，容量 4k，动作电流 1mA，备用电流 5uA，擦/写次数大于 10 的 6 次方，数据保存时间大于 200 年。用户在应用中，经常要将相关参数进行调整，并且改变后的参数值能为变频器所记忆。IC2 即是为完成这一任务而设的。如停电后用户的设定值丢失，须检查 IC2 及相关电路。CPU 主板的故障率相对较低，约占总故障率的 20%以下。故障多发生在故障检测电路的控制端子电路上。控制端子的故障多为用户误接入高电压，而将端子供电 24V 烧坏，端子输入电路开路损坏和光电耦合器的输入侧电路损坏。故障检测电路（电压、电流检测的后续电路、温度检测电路）损坏时，就有点“谎报军情”故意捣乱的意思了，明明主电路是好的，却报出“输出短路”故障或输出缺相故障，明明风扇是好的，却报出过热故障等，使变频器不能投入正常运行。康沃 CVF-P1-5.5kW 变频器CPU 逆变脉冲输出电路、I/O 接口电路图