圖文詳解變頻器內部主電路,主電路維修方法,學會不求人

1、內部主電路結構

選用“交-直-交”結構的低壓變頻器,其內部主電路由整流和逆變兩大部分組成,如圖1所示。從R、S、T端輸入的三相交流電,經三相整流橋(由二極管D1~D6構成)整流成直流電,電壓為UD。電容器C1和C2是濾波電容器。6個IGBT管(絕緣柵雙極性晶體管)V1~V6構成三相逆變橋,把直流電逆變成頻率和電壓恣意可調的三相交流電。

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圖1

2、均壓電阻和限流電阻

圖1中,濾波電容器C1和C2兩頭各並聯了一個電阻,是為了使兩隻電容器上的電壓基本相等,避免電容器在工作中損壞(現在,由於技術的進步,低壓(380V)變頻器的電解電容大多數可以不需要串聯使用了)。

在整流橋和濾波電容器之間接有一個電阻R和一對接觸器觸點KM,其緣由是:變頻器剛接通電源時,濾波電容器上的電壓為0V,而電源電壓為380V時的整流電壓峰值是537V,這樣在接通電源的瞬間將有很大的充電衝擊電流,有可能損壞整流二極管;另外,端電壓為0的濾波電容器會使整流電壓瞬間降低至0V,形成對電源網絡的干擾。

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為了解決上述問題,在整流橋和濾波電容器之間接入一個限流電阻R,可將濾波電容器的充電電流限制在一個允許範圍內。但是,如果限流電阻R始終接在電路內,其電壓降將影響變頻器的輸出電壓,也會降低變頻器的電能轉換效率,因而,濾波電容器充電完畢後,由接觸器KM將限流電阻R短接,使之退出運行。

3、主電路的對外連接端子

各種變頻器主電路的對外連接端子大致相同,如圖2所示。其中,R、S、T是變頻器的電源端子,接至交流三相電源;U、V、W為變頻器的輸出端子,接至電動機;P+是整流橋輸出的+端,出廠時P+端與P端之間用一塊截面積足夠大的銅片短接,當需要接入直流電抗器DL時,拆去銅片,將DL接在P+和P之間;P、N是濾波後直流電路的+、-端子,可以連接制動單元和制動電阻;PE是接地端子。

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圖2

4、變頻系統的共用直流母線

電動機在制動(發電)狀態時,變頻器從電動機吸收的能量都會保存在變頻器直流環節的電解電容中,並導致變頻器中的直流母線電壓升高。如果變頻器配備制動單元和制動電阻(這兩種元件屬於選配件),變頻器就可以經過短時間接通電阻,使再生電能以熱方式消耗掉,稱做能耗制動。

當然,採納再生能量回饋方案也可解決變頻調速體系的再生能量問題,並可到達節約能源的目的。而標準通用PWM變頻器沒有設計使再生能量反饋到三相電源的功用。如果將多臺變頻器的直流環節經過共用直流母線互連,則一臺或多臺電動機產生的再生能量就可以被其他電動機以電動的方式消耗吸收。或者,在直流母線上設置一組一定容量的制動單元和制動電阻,用以吸收不能被電動狀態電動機吸收的再生能量。

若共用直流母線與能量回饋單元組合,就可以將直流母線上的剩餘能量直接反饋到電網中來,從而進步體系的節能效果。綜上所述,在具有多臺電動機的變頻調速體系中,選用共用直流母線方案,配置一組制動單元、制動電阻和能量回饋單元,是一種進步體系性能並節約出資的較好方案。

下圖為應用比較廣泛的共用直流母線方案,該方案包括以下幾個部分。

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圖3

1.三相交流電源進線

各變頻器的電源輸入端並聯於同一交流母線上,並確保各變頻器的輸入端電源相位一致。圖3中,斷路器QF是每臺變頻器的進線保護裝置。LR是進線電抗器,當多臺變頻器在同一環境中運行時,相鄰變頻器會互相干擾,為了消除或減輕這種干擾,一起為了進步變頻器輸入側的功率因數,接入LR是必須的。

2.直流母線

KM是變頻器的直流環節與公用直流母線連接的操控開關。FU是半導體快速熔斷器,其額定電壓可選700V,額定電流必須考慮驅動電動機在電動或制動時的最大電流,一般情況下,可以選擇額定負載電流的125%。

3.公共制動單元和(或)能量回饋裝置

回饋到公共直流母線上的再生能量,在不能完全被吸收的情況下,可經過共用的制動電阻消耗未被吸收的再生能量。若選用能量回饋裝置,則這部分再生能量將被回饋到電網中,從而進步節能的效率。

4.控制單元

各變頻器根據控制單元的指令,通過KM將其直流環節並聯到共用直流母線上,或是在變頻器故障後快速地與共用直流母線斷開。

主電路維修方法

變頻器維修的第一步就是先用指針萬用表對主電路進行檢測,分別測量三相輸入(R、S、T)三個端子對圖中標識的端子之間的電阻值,三相端子(接黑表筆)對端(接紅表筆)的正向電阻約為7歐姆;,而三相端子(紅表筆)對(黑表筆))端的阻值就應該是無窮大。

測量出來的電阻值主要反映的是三相整流電路的故障情況,而另外我們還需要測量是三相輸出(U、V、W)三個端子對端子的電阻值則反映出IGBT的故障情況。

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對端子電阻的測量智能大致判斷IGBT的好壞,不能最後認定IGBT的故障情況,下面我們結合其原理,講解測量方法。

打開機器外殼,將電源板和驅動板(由於驅動板與IGBT連接時,中間往往會並接電阻)取出,做好拆線排插標記,將指針萬用表撥到電阻檔,黑表筆接IGBT的C極,紅筆接IGBT的E極,此時萬用表測量的值在零,這時候將黑表筆點G極(給予正向電壓導通IGBT),觸碰後再將黑表筆點到C極,此時萬用表阻值非常小(因為IGBT導通)。

結束後,再將黑表筆接E極,再用紅表筆觸碰G極(給予反向電壓關斷IGBT),觸碰後在將紅筆接回C極,萬用表指針指向零,代表IGBT已經關斷。

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