您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
變頻器的控制端子電路分析與維修
變頻器的控制端子電路,，也在CPU主板上,，為主板電路內(nèi)容之一,。因為與外部控制線路相連接,，由外部引入異常電壓造成的故障率也較高,，是維修工作中經(jīng)常要接觸到的電路,。
變頻器的控制端子,，以電路性質(zhì)來分，可分為數(shù)字控制端子和模擬控制端子兩大類,；以信號的輸入,、輸出來分，可分為輸入信號端子和輸出信號端子,；以信號性質(zhì)來分,，可分為開關(guān)量信號、模塊量信號和脈沖信號三種,。下面以海利普HLP-P型5.5kW變頻器控制端子電路為例,，給出電路分析和維修參考。
1,、數(shù)字控制端子——數(shù)字信號輸入端子
圖1：數(shù)字信號輸入端子電路
數(shù)字信號輸入端子電路,，一般為光耦合器組成的電路，其特點是光耦合器的輸入,、輸出側(cè)需兩路不“共地”的隔離電源,，本電路輸入側(cè)供電為12V，數(shù)字信號的公共端為DOM端子,。由開關(guān)電源輸出的12V,，經(jīng)C8、L10,、C71濾波,，標(biāo)記為控制電壓EV；輸出側(cè)采用主板+5V供電,。
數(shù)字信號輸入端子,，可對變頻器完成起動、停止,、復(fù)位,、多段速運行等控制，各端子作用有固定（出廠時默認(rèn)）的控制功能,，本電路都為多功能或稱為編程控制端子,，每個端子的控制作用可用參數(shù)靈活設(shè)置。
以SPH端子電路為例,，看一下輸入電流是如何產(chǎn)生的,。當(dāng)SPH端子由外部控制電路（開關(guān)元件）與DCM連接時，形成了EV（控制電源正極）至光電耦合器PC5的輸入側(cè)1腳→輸入側(cè)2腳→R141→外部控制電路→DCM（控制電源負(fù)極）的電流通路,，PC5因輸入側(cè)二極管得電發(fā)光,，輸出側(cè)光敏三極管導(dǎo)通，將低電平的（約為0V）信號電壓輸入CPU的24腳；當(dāng)外部控制電路斷開時,，PC5輸入電流為零,，CPU的24腳又變?yōu)殪o態(tài)高電平（為5V）。換言之,，輸入信號生效時,，CPU信號輸入腳變?yōu)?V，無信號輸入時,，CPU信號輸入腳為5V,，輸入信號呈現(xiàn)0和1的數(shù)字邏輯關(guān)系。
通過參數(shù)設(shè)置,，也可將數(shù)字輸入信號端子,，設(shè)置為脈沖信號輸入，如用作對輸入脈沖計數(shù),，以控制轉(zhuǎn)速輸出等。
當(dāng)外部控制電路正常,，變頻器的相關(guān)控制參數(shù)的設(shè)置也正確時,，變頻器對輸入信號不能作出正常反應(yīng)，有可能是輸入端子電路的問題了,。先檢查光耦合器輸入側(cè),、輸出側(cè)的供電電源，確定控制電源正常后,，再進行以下檢查,。
數(shù)字輸入信號端子電路的檢測也非常方便（仍以SPH端子電路為例），當(dāng)短接SPH與DCM端子時,，測量PC5輸入側(cè)的1,、2腳應(yīng)有1.2V電壓值，若此電壓等于12V,，說明光耦合器輸入側(cè)已經(jīng)開路,，若為0V（以DCM為基準(zhǔn)測試點），說明輸入回路有斷路或PC5輸入側(cè)已經(jīng)擊穿損壞,。進一步檢測當(dāng)PC5為1.2V時,，輸出側(cè)應(yīng)為0V（以+5V電源地為基準(zhǔn)測試點），若仍為+5V,，說明PC5輸出測三極管已經(jīng)有開路性損壞,。
2、數(shù)字控制端子——數(shù)字信號輸出端子
數(shù)字信號輸出端子有兩種類型,，一為開關(guān)量信號輸出端子,，輸出繼電器觸點信號（也稱為無源觸點信號），觸點輸出電路形式有很好的電氣隔離度，對外部控制線路的電壓級別和高低,，均無要求,，可用于外接指示燈、繼電器等,，用于運行指示或故障示警,。該類輸出觸點有兩組，由CPU的17,、18引腳輸出開關(guān)量信號（5V或0V）控制三極管T3,、T4的導(dǎo)通和截止，進而驅(qū)動繼電器EDQ1和EDQ2的吸合和釋放,，控制其觸點作出相應(yīng)動作,，本電路的輸出信號內(nèi)容也為可編程設(shè)置。繼電器電源也由+5V提供,，其它變頻器一般都是24V供電的,。下圖中的T3、T4三極管工作于開關(guān)狀態(tài),，相當(dāng)于繼電器的一個電源開關(guān),。繼電器兩端并聯(lián)有二極管D26、D27,，用于吸收繼電器開斷瞬間感生的反向電壓,，以保護三極管的安全。
圖2：數(shù)字信號輸出端子電路
繼電器驅(qū)動電路的三極管,，因流通較大驅(qū)動電源,，實際檢修中可能會碰到三極管短路或斷路的故障。正常狀態(tài)下,，若EDQ1輸出的為運行信號,，當(dāng)啟動變頻器時，測T3的基極應(yīng)為4.3V左右,，停止變頻器后,，測量T3基極電壓應(yīng)上升為5V，測量R127的左端,，運行和停機時的電壓,，應(yīng)分別為0V和5V。測量R127的左端電壓變化,，可以確定CPU來的控制信號是否正常,，測量T3的基極電壓或發(fā)射結(jié)電壓，可以確定T3是否正常,。當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.7V時,，說明三極管的發(fā)射結(jié)已經(jīng)開路。該電路損壞后，表現(xiàn)為誤輸出故障或運行信號（上電后觸點一直閉合）,，或不能正常輸出運行或故障信號（應(yīng)該有觸點動作信號輸出時,，觸點一直不能閉合）。
數(shù)字信號輸出端子的另一電路類型,，開路集電極輸出電路,，用戶可以外接繼電器轉(zhuǎn)化為觸點信號輸出，因元件參數(shù)限制（光耦合器）,，對外部控制電路的供電電壓和負(fù)載能力是有限制的,，一般外接控制電壓為24V以內(nèi)，負(fù)載回路電流在100mA以下,。采用開路集電極輸出,，輸出常規(guī)開關(guān)量信號是沒有優(yōu)勢的，但其好處是通過參數(shù)設(shè)置,，可以實現(xiàn)脈沖信號輸出,，如輸出對應(yīng)運轉(zhuǎn)頻率的脈沖信號，可掛接數(shù)字計數(shù)器,，顯示運轉(zhuǎn)頻率,。其檢修方法同上。
3,、模擬控制端子——模擬信號輸入端子
模擬控制信號輸入端子，即是用模擬信號,，給出頻率指令,，用于控制變頻器的輸出頻率。模擬信號,，一般有0~10V,，和0/4~20mA兩種類型，前者需要一個10V調(diào)節(jié)電源,，一般由變頻器內(nèi)部電路供給,，由+10V端子輸出，供外接調(diào)速電位器,；后者往往接收來自外部控制儀表的電流信號,，用于調(diào)速，或運行于PID閉環(huán)控制,。圖3為+10V調(diào)節(jié)電源的電路,。
圖3 調(diào)速電源電路
這是一個電壓跟隨器的“變形”電路，放大器的9腳引入由R122和R24的分壓值,，放大器10腳可看作是一個5V基準(zhǔn)電壓端,，電路兩輸入腳電壓比較輸出的結(jié)果，是使9腳分壓值等于10腳基準(zhǔn)電壓，即R123的左端電壓為10V時,，電路的輸出達(dá)到平衡,。電路具有穩(wěn)壓或者說是電壓伺服效果，無論外部負(fù)載電路的負(fù)載如何變化,，R123左端的電壓輸出總是（2倍壓）跟蹤于較為穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓,，應(yīng)該說，電路的動態(tài)穩(wěn)壓性能,，還算比較優(yōu)良,。
+10V調(diào)節(jié)電源的電路形式，在其它變頻器中還有多種電路形式,，如將+15V電壓串聯(lián)一個低壓差7810穩(wěn)壓器,，或?qū)㈦娮杞祲骸⒎€(wěn)壓二極管的電路形式,，得到10V輸出,，更多的電路形式是采用LM317可調(diào)穩(wěn)壓IC或TL431基準(zhǔn)電壓源，通過器件電壓基準(zhǔn)端的分壓電阻的取值,，得到10V調(diào)節(jié)電源,。
該電路由于外部引線的原因，常常會誤引入異常電壓（如交流220V甚至于雷擊電壓）或使電源端子長時間對模擬信號公共地短路,，致使內(nèi)部電路損壞,。故障表現(xiàn)外調(diào)速電位器調(diào)速失效，用萬用表測量+10端子,，電路為0V或為一不穩(wěn)定值,，可以確定是內(nèi)部10V調(diào)節(jié)電源電路損壞。
常規(guī)修理方法是檢查損壞元件,，換新修復(fù),。如修復(fù)時間緊迫，可從主板上15V電源,，加7810穩(wěn)壓塊或采用簡單電阻降壓,、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓的電路，應(yīng)急修復(fù),，一般不會影響正常使用,。
下圖4為模擬信號輸入的實際電路，上部電路為0~10V電壓（調(diào)速）信號輸入電路,，下部電路為0/4~20mA電流（調(diào)速）信號輸入電路,。電路的基本形式也為電壓跟隨器，因為CPU芯片的電源和輸入/出電壓范圍為0~5V,，輸入0~10V電壓,，先由R115,、R114分壓為0~5V電壓值，再輸入放大器的同相輸入端,，從輸出端D23的負(fù)端整流電壓,，作0~5V的跟隨輸出。二極管D22用于輸出電壓大值嵌位（電路異常輸出時將輸出值嵌位于5.5V）,，以保護CPU的安全,，輸出電路再經(jīng)C、R,、C濾波電路濾除干擾,，進入CPU引腳，經(jīng)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換,，控制頻率輸出,。
電路輸入信號的電路形式同電壓輸入電路是基本上是一樣的，只是在輸入端與地之間并接了R105,、R106兩只串聯(lián)阻值為250Ω的兩只電阻,。經(jīng)常有網(wǎng)友問，如何將0~20mA 電流信號轉(zhuǎn)化為0~5V電壓信號??？哎，這個轉(zhuǎn)化電路其實簡單得很,！這兩只電阻就是將輸入0~20mA電流信號轉(zhuǎn)化為0~5V電壓信號的轉(zhuǎn)化電路,，0~20mA電流信號流經(jīng)兩只串聯(lián)電路，在R105的上端,，就變?yōu)榱?~5V的輸入電壓信號,，輸入電流為20mA時，兩只串聯(lián)電阻上的電壓降為0.02×250=5V,，這是電流流經(jīng)電阻產(chǎn)生電壓降的原理，從基本的歐姆定律推導(dǎo)而來,，毫不出奇的,。
圖4 模擬電壓/模擬電流信號輸入端子電路
4、模擬控制端子——模擬電壓信號輸出端子
上圖為模擬信號電壓輸出電路,，一般規(guī)定輸出值為0~10V,，可外接受10V指針電壓表頭，用于顯示輸出轉(zhuǎn)速,、輸出電壓,、輸出電流等監(jiān)控內(nèi)容，至于顯示何種內(nèi)容,，根據(jù)用戶需要,，可由參數(shù)設(shè)置,，因此也稱為可編程模擬電壓輸出端子。
雖然輸出端子輸出的電壓經(jīng)以上R,、C濾波電路處理為較為平穩(wěn)的直流電壓,，但CPU的77腳輸出的卻是PWM調(diào)寬脈沖信號，CPU是通過調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的占空比,，來調(diào)節(jié)輸出電壓值的,。因為是運算放大器直接輸出，又有R120限流的因素存在,，電路大輸出電流能力是有限的,，約為幾毫安以內(nèi)。
當(dāng)外接負(fù)載過大或輸出端對模擬地公共端短路時,，有可能造成運算放大器的損壞,，變頻器工作時，測量AM端子直流電壓值為0V或較低,，檢查損壞元件進行修復(fù),。
5、RS485通訊端子電路
這是一個較為特殊的信號端子,，其它信號端子的信號都是單向傳輸?shù)?，或輸入或輸出，該信號端子的信號是雙向傳輸?shù)目偩€方式,。
變頻器與變頻器之間,，變頻器與PLC之間，只有RS485通訊方式,，接線方式簡潔,，只有兩線，抗干擾性能好,，可以遠(yuǎn)距離傳輸,，如果以PLC作為上位機（主機），一般多與可32臺變頻器同時通訊,，控制32臺變頻器的起,、停和調(diào)速，并上傳變頻器的運行或故障數(shù)據(jù),。一般采用半雙工通訊方式,，可以由通訊端口向變頻器下傳控制指令，也可以將變頻器運行狀態(tài)上傳至上位機,。
RS485通訊,，牽扯到通訊參數(shù)的設(shè)置，和通訊程序的編寫等內(nèi)容,，在此不予贅述了,。
變頻器的控制端子,，上文所述，已經(jīng)近于包含了所有的內(nèi)容,。其它變頻器的電路,，與上述電路相比，是比較相似的,，或者可說是大同小異的,。由此文，可以管見變頻器控制端子電路的概貌,，希望本文對大家能有點用處,。