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?yàn)榕c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(hào)的輸入、輸出來分,,可分為輸入信號(hào)端子和輸出信號(hào)端子,;以信號(hào)性質(zhì)來分,可分為開關(guān)量信號(hào),、模塊量信號(hào)和脈沖信號(hào)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(hào)輸入端子
圖1:數(shù)字信號(hào)輸入端子電路
數(shù)字信號(hào)輸入端子電路,一般為光耦合器組成的電路,,其特點(diǎn)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(hào)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(hào)輸入端子,可對變頻器完成起動(dòng),、停止,、復(fù)位、多段速運(yùn)行等控制,,各端子作用有固定(出廠時(shí)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(gè)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(shí),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(hào)電壓輸入CPU的24腳,;當(dāng)外部控制電路斷開時(shí),,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(hào)生效時(shí),CPU信號(hào)輸入腳變?yōu)?V,,無信號(hào)輸入時(shí),,CPU信號(hào)輸入腳為5V,輸入信號(hào)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(hào)端子,設(shè)置為脈沖信號(hào)輸入,,如用作對輸入脈沖計(jì)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(shí),,變頻器對輸入信號(hào)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(jìn)行以下檢查,。
數(shù)字輸入信號(hào)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(shí),,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(diǎn)),說明輸入回路有斷路或PC5輸入側(cè)已經(jīng)擊穿損壞,。進(jìn)一步檢測當(dāng)PC5為1.2V時(shí),,輸出側(cè)應(yīng)為0V(以+5V電源地為基準(zhǔn)測試點(diǎn)),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(hào)輸出端子
數(shù)字信號(hào)輸出端子有兩種類型,一為開關(guān)量信號(hào)輸出端子,,輸出繼電器觸點(diǎn)信號(hào)(也稱為無源觸點(diǎn)信號(hào)),,觸點(diǎn)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(yùn)行指示或故障示警。該類輸出觸點(diǎn)有兩組,,由CPU的17,、18引腳輸出開關(guān)量信號(hào)(5V或0V)控制三極管T3、T4的導(dǎo)通和截止,,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)繼電器EDQ1和EDQ2的吸合和釋放,,控制其觸點(diǎn)作出相應(yīng)動(dòng)作,本電路的輸出信號(hào)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(gè)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(hù)三極管的安全,。
圖2:數(shù)字信號(hào)輸出端子電路
繼電器驅(qū)動(dòng)電路的三極管,,因流通較大驅(qū)動(dòng)電源,實(shí)際檢修中可能會(huì)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(yùn)行信號(hào),當(dāng)啟動(dòng)變頻器時(shí),,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(yùn)行和停機(jī)時(shí)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(hào)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(shí),,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(yùn)行信號(hào)(上電后觸點(diǎn)一直閉合),,或不能正常輸出運(yùn)行或故障信號(hào)(應(yīng)該有觸點(diǎn)動(dòng)作信號(hào)輸出時(shí),觸點(diǎn)一直不能閉合),。
數(shù)字信號(hào)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(diǎn)信號(hào)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(hào)是沒有優(yōu)勢的,,但其好處是通過參數(shù)設(shè)置,,可以實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)輸出,如輸出對應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的脈沖信號(hào),,可掛接數(shù)字計(jì)數(shù)器,,顯示運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。其檢修方法同上,。
3,、模擬控制端子——模擬信號(hào)輸入端子
模擬控制信號(hào)輸入端子,即是用模擬信號(hào),,給出頻率指令,,用于控制變頻器的輸出頻率。模擬信號(hào),,一般有0~10V,,和0/4~20mA兩種類型,前者需要一個(gè)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(hào),,用于調(diào)速,或運(yùn)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(gè)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(gè)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(shí),,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(dòng)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(gè)低壓差7810穩(wěn)壓器,,或?qū)㈦娮杞祲?、穩(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(huì)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(shí)間對模擬信號(hào)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?yàn)橐徊环€(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(shí)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(huì)影響正常使用。
下圖4為模擬信號(hào)輸入的實(shí)際電路,,上部電路為0~10V電壓(調(diào)速)信號(hào)輸入電路,,下部電路為0/4~20mA電流(調(diào)速)信號(hào)輸入電路。電路的基本形式也為電壓跟隨器,,因?yàn)镃PU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(shí)將輸出值嵌位于5.5V),以保護(hù)CPU的安全,,輸出電路再經(jīng)C,、R、C濾波電路濾除干擾,,進(jìn)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化為0~5V電壓信號(hào)啊,?哎,,這個(gè)轉(zhuǎn)化電路其實(shí)簡單得很!這兩只電阻就是將輸入0~20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為0~5V電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)化電路,,0~20mA電流信號(hào)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(hào),,輸入電流為20mA時(shí),,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(hào)輸入端子電路
4,、模擬控制端子——模擬電壓信號(hào)輸出端子
上圖為模擬信號(hào)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(hào),,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?yàn)槭沁\(yùn)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(shí),有可能造成運(yùn)算放大器的損壞,,變頻器工作時(shí),,測量AM端子直流電壓值為0V或較低,檢查損壞元件進(jìn)行修復(fù),。
5、RS485通訊端子電路
這是一個(gè)較為特殊的信號(hào)端子,,其它信號(hào)端子的信號(hào)都是單向傳輸?shù)?,或輸入或輸出,該信?hào)端子的信號(hào)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(jī)(主機(jī)),,一般多與可32臺(tái)變頻器同時(shí)通訊,,控制32臺(tái)變頻器的起、停和調(diào)速,,并上傳變頻器的運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)上傳至上位機(jī),。
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(diǎn)用處,。
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