变频器故障检测电路中用到的模拟电路.doc

1、1变频器故障检测电路中用到的模拟电路故障检测电路的主体电路还是由由运算放大器构成，通常，运算放大器被接成以下几种类型的电路，完成着对信号模拟放大、比较输出和精密整流三种工作任务。一、反相放大器电路：12310kR18.2kR350kR2(1)、 、 、 、 、 、+15V-15VVin Vout 12310kR110kR310kR2(2)、 、 、 、 、 、 、 、+15V-15V12310kR12.5kR33.3kR2(3)、 、 、 、+15V-15VVin Vout Vin Vout图 6.19 运算放大器反相放大电路运算放大器，具有输入阻抗高（不取用信号源电流） 、输出阻抗低（负载特

2、性好） 、放大差模信号（两输入端信号之差） 、抑制共模信号（两输入端极性与大小相同）和交、直流信号都能提供线性放大的优良特性。上图（1） 、 （2） 、 （3） 、在电路形式上为反相放大器，输出信号与输入信号相位相反，又称为倒相放大器。电路对输入电压信号有电压和电流的双重放大作用，但在小信号电路中，只注重对电压信号的放大和处理。电路的电压放大倍数取决于 R2（反馈电阻）与 R1（输入电阻）两者的比值。R3 为偏置电阻，其值为 R1、R2 的并联值。因 R2、R1 的选值（比值）不同，可完成三种信号传输作用，即构成反相放大器、反相器和衰减器三路信号处理电路。 （1）电路为反相放大器电路，电路放大

3、倍数为 5；（2）电路为倒相器，对输入信号起到倒相输出作用，无放大倍数，不能称为放大器了。或输入 05V 信号，则输出0-5V 倒相信号；（ 3）电路为衰减器电路，若输入 0 10V 信号，输出 0-3。3V 倒相信号，为一个比例衰减器。图（1） 、 （2） ， （3）电路，有两个特征：1、输入、输出信号反相；2、无论是放大或衰减或倒相电路，输出信号对输入信号维持一个比例输出关系，可以笼统地称为反相放大器，因为倒相器的放大倍数为 1，而衰减器恰恰也是利用了电路的放大作用。有趣的是，此三种反相放大器，在电流、电压检测电路中，都有应用。以电流检测电路为例：这是因为，串于三相输出端的电流互感器内置放

4、大器，输出信号已达伏特级的电压幅度，而 CPU 的输入信号幅度又须在 5V 以下的电压幅度内，故反续电流信号处理电路，有的采用了有一定放大倍数的反相放大器；有的采用了倒相器电路，只是根据 CPU 输入电压信号极性的要求，只对信号进入了倒相处理，并不须再进行放大；部分电路为适配后级电路的信号幅度范围，甚至采用了衰减器电路，对电流互感器来的电压信号衰减一下，再送入后级电路。检测电路中的模拟信号电路的供电，根据放大交流信号的要求，一般采用正、负 15V 双电源供电。根据反相放大器的电路形式和运算放大器的电路特性，我们可找到相应的检测方法：1、据反相放大器的特性，以正、负供电的 0V（地）为基准电位，

5、当输入正的信号电压时，输入电压必为 0V 以下的负压，反之输出 0V 以上的正电压。要根据电路和输入、输出脚的静态电路值判断是否处于正常状态；2、查明该级电路为放大器或倒相器或衰减器，据输入电阻与反馈电阻的比值，可大致测算出输出电2压值，由此可判断电路是否处于正常状态；3、根据电路对差模信号有放大（或衰减）作用，而对共模信号放大作用为 0 的特性，当短接两输入端时，输出电压应接近 0 电位值；或者测量输出端已有正电压（或负电压输出） ，但一短接两个输入端，输出电压马上降（或升）为 0V 左右。说明电路是好的，能正常传输信号。4、可以人为改变输入电压值，则输出电压必定有相应变化，可由此判断放大器

6、是否处于正常状态。故障实例 1某台变频器上电后，即报出 OC 故障，故障复位无效，测电流检测电路，如上图（1）电路，输出电压为+12V ，CPU 因有严重过流信号输入，故在上电后报出 OC 信号。用金属镊子短接运算放大器 2、3 脚，测量 1 输出脚电路无变化，仍为+12V，判断运算放大器损坏，更换后，故障排除。故障实例 2某台变频器，上电后输出欠电压信号，检测上电图（2）电路，输入电压为-3V，但输出电压为0。7V，说明为本级放大器故障，用一外接直流 12V 电源串接 10k 电阻，输入到反相输入端，输出电压无变化，判断该级放大器损坏，更换后故障排除。二、同相放大器和电压跟随器电路：1321

7、0kR150kR2+15V-15Vin out8.2kR3(1)、 、 、 、 、 、 、 、123-5V10kR210kR1-5V(2)、 、 、 、 、 、 、 、 、 、1235V 10kR15V(3)、 、 、 、 、 、 、 、 、 、+15V图 6.20 同相放大电路、电压跟随器电路上图（1）电路为同相放大器的典型电路形式，也为放大器电路之一种。输入信号进入放大器的同相端，输出信号同输入信号同相位，电路的电压放大倍数=1+R2/R1。也用于故障信号检测电路中对模拟信号的放大处理。该电路当 R2 短接或 R3 开路时，输出信号与输入信号的相位一致且大小相等，因而（ 1）电路可进一步“

8、进化”为（2） 、 （3）电路。上图（2） 、 （3）为电压跟随器电路，输出电压完全跟踪于输入电路的幅度与相位，故电压放大倍数为 1，虽无电压放大效果，但有一定的电流输出能力。电路起到了阻抗变换作用，提升电路的带负载能力，减弱信号输入回路高阻抗和输出回路低阻抗的相互影响。作为电路跟随器应用时，有时候也采用单电源供电。（1） 、 （2） 、 （3）种电路，也在故障检测电路中，被用于模拟信号的放大、基准电压信号的处理等。根据电路的特性与作用，可得出检测方法如下：1、 （1）电路为同相放大器电路，输出电压幅度与极性比例跟踪于输入电压，该级电压放大倍数约为6 倍。当输入电压值为 1V 时，输出电压约为

9、 6V。可据输入、输出电压值的测算判断电路是否处于正常状态；2、 （2） （3）电路均为电压跟随器电路，输出电压完全跟踪于输入电压，输出电压应与输入电压相等，据此可以判断电路是否处于正常状态。3、可通过短接两输入端或人为改变输入端电压的方法，测量输出端电压的相应变化，来判断电路是3否处于正常状态。故障实例 1某台变频器，上电即跳 OH 故障，测温度检测电路的基准电压电路如图（ 2）的输出电压为 1V，该机为电压比较器电路，测其输入端电压为 5V，正常状态下输出端电压也应为 5V。将输出端负载电路切除后，输出端电压仍为 1。2V ，判断为该级放大器损坏，更换后故障排除。三、精密正、负半波整流器和

10、全波整流器电路：R125 1502R126 D33 R150150216021501 U11/C3403G141312R138Vin Vout(1)、 、 、 、 、 、 、 、R125 1502R126 D1 R150150216021501 U11/C3403G141312R138Vin Vout(2)、 、 、 、 、 、 、 、R3 3002R1 D33 R4150215021502141312R2Vin Vout1231502R6R7 1502R51502(3)、 、 、 、 、 、 、D2图 6.21 精密半波、全波整流器电路由电流互感器来的交流电压信号，要经后续半波或全波整流电路

11、整流成直流电压后，再送入 CPU，供电流显示和控制之用。精密半波或全波整流电路也用作模拟信号的处理和放大。普通整流电路采用二极管做为整流器件，但二极管整流存在非线性失真、有死区电压等缺点，尤其用于小信号整流时，将使输出信号畸变，出现输出误差。利用运算放大器的放大作用和深度负反馈作用，在放大电路中加入二极管，利用二极管的单向导电特性，实现对输入正、负半波信号引入不同深度的负反馈，可以对输入 V 级信号进行整密整流，电路本身还具有电压跟随或放大作用。上图（2）为精密负半波整流电路，电路将输入负半波信号进行精密整流后，倒相输出。对正半波输入信号来说，D1 的接入，为放大器引入了深度负反馈；在负半波输

12、入信号的起始段，因信号输入幅度小于 D1、D2 均处于截止，电路处于开环放大状态，微小的信号输入，便会使输出脚电压大于 -0。7V，D1导通，D2 反偏截止；D2 与 R125 串联引入了适度负反馈（由 R125 的阻值可决定本级电路是整流器还是整流放大器，本级电路为精密整流器，无放大作用） ，相当于一个反相放大器，输出与输入信号成倒相关系。上图（1）电路与图（2）电路的不同之处，在于电路中两只二极管的极性相反，成为对输入正半波信号的精密整流电路。整流原理是一样的。由一个半波整流器电路再加上一个反相求和电路，如图（3） ，实现将正、负半波输入并反相后输出，可得到全波输出电压波形，即构成了一个全

13、波高精度整流电路。在故障检测电路中，往往采用整流器电路，对三相输出电流采样信号，进行整流与放大，作为模拟电压信号（电流检测信号）输入后级故障信号处理电路和 CPU 电路，用作过载报警和运行电流的采样处理。电路输入为交流电压信号，而输出为直流电压信号，大部分电路为整流器，部分电路为整流放大器。检测方法：1、 整流器电路：输入侧为交流电压，输出侧为直流电压，两测量值比较接近。42、整流放大器，输入侧为交流电压，输出侧为直流电压，输出直流电压值高于输入交流电压值。3、可通过短接两输入端或人为改变输入端电压的方法，测量输出端电压的相应变化，来判断电路是否处于正常状态。故障实例 1某台变频器，上电即跳

14、OC 故障，检测电流检测电路如图（2）的输出电压为 13V，拨掉电流互感器引线端子，该级放大器仍为 13V，判断整流器电路损坏，更换后故障排除。四、电压比较器、梯级电压比较器和窗口电压比较器电路：上述几种电路，都用于模拟信号的放大整流等，其输出信号仍有模拟信号，可称为模拟信号（放大）处理电路，而下文电压比较等电路，则输出为开关量信号，其电路已脱离了模拟放大的范畴，似乎进入了“数字电路”的领域，是拿模拟电路当作了数字电路来应用。32 1R23001R33001+5V+15VVin Vout32 156 7+15V+10VVout1Vout2R1103 R1102R2102R3102Vin(1)、

15、 、 、 、 、 (2)、 、 、 、 、 、 、C55R681302R81-15VC50+15V1001R691503 D21167245U9/C339GU9/C339G1001R501302R46+15V303R92R57105 D24102R93 R851035.6V、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、bVin(3)、 、 、 、 、 、 、N1N2N1N2图 6.22 三种电压比较器电路电压比较器的作用是比较两个输入电压信号的大小，图（1）电路，放大器的同相输入端的电压，为R2、R3 两电阻对+5V 的分压值 2。5V ，称为基准电压值，输

16、入信号与此基准值比较，高于此值时，则输出为 0V 低电平信号，低于低值时，则输出为 +15V 高电平信号。电路又称为单值比较器，电路的输出状态取决于输入信号电压的一个值（一个点）2。5V 。将两级电压比较器接为图（2）电路，则成为梯级电压比较器，电路有一路输入信号，两路输出信号。N1、N2 两级电压比较器，输入的是同一路信号电压，但两级电路同相输入端的基准电压值不同， N1 基准电压为 6。6V，N2 基准电压值则为 3。3V。当输入信号由 0V 到逐渐上升时，当上升为 3。3V 以上时，N2 的输出状态先变为低电平； N2 在输入信号值大于 6。 6V 时，才有低电平信号输出。图（2）电路在

17、用于直流回路电压检测电路时，当因负载电机再生发电能量回馈至直流回路，使直流回路电压上升到一定值时，N2 先输出制动动作信号，将制动电阻接入直流回路，消耗电压增量；若电压继续上升，N1 则输出 OU 过压信号，变频器保护停机。若将两级电压比较器接为图（3）电路，则构成窗口电压比较器电路。相对于单级电压比较器电路，窗口电压比较器可称为双值比较器了。电路有两个基准比较值，输出一路信号。当输入信号基准电压1基准电压 2 时，电路输出状态转换。在输入信号的中间值的一个范围内，输出状态不变。图（3）电路为接地故障信号处理电路。N1 放大器的同相端是 R46、R50 对+15V 的分压值，N2 放大器的反相

18、端是R81、R69 对-15V 的分压值。输入三相电流采样信号进入到 N1 的反相输入端和 N2 的同相输入端，分别与正分压值和负分压值相比较，无论是输入信号的正半波或负半波，只要大于两个基准值，便会报出地短路信号。5电压比较器应用数字电路，可据信号幅度灵活设置基准电压，比采用数字电路更为方便。另外，图（3）电路采用开路集电极输出的运算放大器电路，可以实现输出端的并联输出，使电路更为简洁。若采用普通放大器，则输出信号还要经两只二极管隔离，再并接在一起。三类电压比较器电路，常用于将检测的电流或电压的模拟信号，转化为开关量信号故障信号输出，供实施控制动作和停机保护之用。检测方法：1、放大器输出端只

19、有两个电平状态，低电平，接近供电的地电平或负供电值；高电平，接近正供电值；2、测反相输入端低于同相输入端电压值，则输出为低电平，反之，则输出为高电平。3、可通过短接两输入端或人为改变输入端电压的方法，测量输出端高低电平的相应变化，来判断电路是否处于正常状态。五、滞回比较器电路：也为电压比较器电路之一种。电压比较器的图（3）电路，也即为滞回电压比较器电路。电压比较器电路只要再引入一正反馈电路，便可“升级”为滞回比较器电路。滞后比较器双被称为具有滞后特性的电压比较器电路。如果把普通的电压比较看作为“电压点比较”的话，滞回比较器则可看作为“电压段比较”的比较器电路。通常，我们希望电路的输出状态足够稳

20、定，电压比较在一个“点”上比较输出，会因频繁输出造成输出状态的不稳定。将输入电路的“点”比较，改进为“段”比较，能较好地解决此一问题在输入电压变化的一个“段值”内，输出状态不变。图（2）电路由 R4、D1 构成一个正反馈支路，将电路的“点”比较特性转化为“段”比较特性。Vin VoutR1R2R3R4+5VVin VoutR1R2R3R4+15VD1(1)、 、 、 、 、 、 、 、 (2)、 、 、 、 、 、 、 、5k5k50k7.5V/9.5V+15V图 6.22 两种滞回比较器电路控制原理简述如下：先假定图（2）电路被用于制动动作信号的处理，输入信号为直流回路的电压采样信号。当直流

21、回路的电压因负载电机再发能量回馈造成异常上升，达 680V 时，Vin 输入电压值达 9。5V 以上，高于放大器反相端基准电压值时，放大器输出低电平信号，后级制动电路动作，将制动电阻接入直流回路，对电压增量进行消耗；因制动电阻的消耗作用，Vin 输入电压值很快下降到 9。5V 以下，可是制动信号仍在输出中，并不是直流回路电压稍为回落，制动信号即行消失，这就看出了滞后比较器的作用。制动电路继续工作，一直到直流回路电压回复为 620V 以下时，采样输入电压低于 7。5V 时，制动电路才停止工作。电路静态时，放大器同相端电压（7。5V ）高于反相端电压，输出电压为近 15V 的高电平电压，由6R4、D1 引入到同相端电路，将同相端电压“人为垫高”为 9。5V。当输入电压高于 9。5V 时，电路输出状态反转，输出端变为低电平。D1 反偏截止，反馈回路中断，同相端基准电压恢复为 7。5 V 分压值。这样，当输入采样电压低于 7。5 V 时，制动信号才停止输出。滞回比较器电路，常用于直流回路的电压检测，输出制动信号和过、欠压故障信号等。检测方法同电压比较器，从略。旷野之雪 2009 年 5 月 2 日