| 西門子變頻器6SE6440-2UD25-3CA1 |
要想做好變頻器維修，當(dāng)然了解一些電子基礎(chǔ)知識(shí)是相當(dāng)重要的，也是迫不及待的。下面我們就來(lái)分享一下變頻器維修基礎(chǔ)知識(shí)。大家看完后，如果有不妥當(dāng)?shù)牡胤?，望您指正，如果覺(jué)得還行支持一下，給我一些鼓動(dòng)！歡迎大家轉(zhuǎn)載。
變頻器工作原理
變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。這是變頻器修理中最變頻器的定義。 變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；在變頻器修理中，按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。
在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但是這種變頻器采用開(kāi)環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。在變頻器修理中，轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機(jī)具有對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。矢量控制是通過(guò)矢量坐標(biāo)電路控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位，以達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過(guò)控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，又可以形成各種PWM波，達(dá)到各種不同的控制目的。直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過(guò)檢測(cè)定子電阻來(lái)達(dá)到觀測(cè)定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀、簡(jiǎn)潔，計(jì)算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。
一、模電和數(shù)電的區(qū)別
很多剛進(jìn)入電子行業(yè)，自動(dòng)化行業(yè)的人士對(duì)模似電子電路和數(shù)字電子電路存在一些疑惑，由其是剛進(jìn)這行的人更是不明了，當(dāng)然在接觸變頻器維修與維護(hù)時(shí)肯定要熟悉。
所謂模似電子電路實(shí)際是相對(duì)數(shù)字電子電路而言。
模電：一般指頻率在百兆HZ以下，電壓在數(shù)十伏以內(nèi)的模似信號(hào)以及對(duì)此信號(hào)的分析/處理及相關(guān)器件的運(yùn)用。百兆HZ以上的信號(hào)屬于高頻電子電路范疇。百伏以上的信號(hào)屬于強(qiáng)電或高壓電范疇。
數(shù)電：一般指通過(guò)數(shù)字邏輯和計(jì)算去分析、處理信號(hào)，數(shù)字邏輯電路的構(gòu)成以及運(yùn)用。
數(shù)電的輸入和輸出端一般由模電組成，構(gòu)成數(shù)電的基本邏輯元素就是模電中三級(jí)管飽和特性和截止特性。
由于數(shù)電可大規(guī)模集成，可進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)**算，對(duì)溫度、干擾、老化等參數(shù)不敏感，因此是今后的發(fā)展方向。但現(xiàn)實(shí)世界中信息都是模似信息（光線、無(wú)線電、熱、冷等），模電是不可能淘汰的，但就一個(gè)系統(tǒng)而言模電部分可能會(huì)減少。理想構(gòu)成為：模似輸入——AD采樣（數(shù)字化）——數(shù)字處理——DA轉(zhuǎn)換——模似輸出。
二、運(yùn)放與比較器區(qū)別
運(yùn)算放大器與專用比較器在變頻器主控板的控電路中比較常見(jiàn)，它的作用也不用我去形容了，做這行的都比我清楚。
1、 運(yùn)放可以連接成為比較輸出，比較器就是比較。那么市面上為何單獨(dú)出售兩種產(chǎn)品，他們有相同和不同之處是什么呢？
2、 比較器輸出一般是OC便于電平轉(zhuǎn)換；比較器沒(méi)有頻補(bǔ)，SLEW RATE比同級(jí)運(yùn)放大，但接成放大器易自激。
比較器的開(kāi)環(huán)增益比一般放大器高很多，因此比較器正負(fù)端小的差異就引起輸出端變化。
3、 頻響是一方面，另處運(yùn)放當(dāng)比較器時(shí)輸出不穩(wěn)定，不一定能滿足后級(jí)邏輯電路的要求。
4、 比較器為集電極開(kāi)路輸出，容易輸出TTL電平，而運(yùn)放有飽和壓降，使用不便。
關(guān)于運(yùn)算放大器與專用比較器的區(qū)別可分為以下幾點(diǎn)：
1、 比較器的翻轉(zhuǎn)速度快，大約在NS數(shù)量級(jí)，而運(yùn)放翻轉(zhuǎn)速度一般為US數(shù)量級(jí)（特殊高速運(yùn)放除外）
2、 運(yùn)放可以輸入負(fù)反饋電路，而比較器不能使用負(fù)反饋，雖然比較器也有同相和反相兩個(gè)輸入端，便因?yàn)槠鋬?nèi)部沒(méi)有相位補(bǔ)償電路，如果輸入負(fù)反饋，電路不能穩(wěn)定工作，內(nèi)部無(wú)相位補(bǔ)償電路，這也是比較器比運(yùn)放速度快的原因。
3、 運(yùn)放輸入初級(jí)一般采用推挽電路，雙極性輸出，而多數(shù)比較器輸出極為集電級(jí)開(kāi)路結(jié)構(gòu)，所以需要上拉電阻，單極性輸出，容易和數(shù)字電路連接。
三、肖特基二極管和快恢復(fù)二極管又什么區(qū)別
快恢復(fù)二極管是指反向恢復(fù)時(shí)間很短的二極管（5us以下），工藝上多采用摻金措施，結(jié)構(gòu)上有采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的PIN結(jié)構(gòu)。其正向壓降高于普通二極管（1-2V），反向耐壓多在1200V以下。從性能上可分為快恢復(fù)和超快恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100納秒以下。
肖特基二極管是以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管，簡(jiǎn)稱肖特基二極管(Schottky Barrier Diode），具有正向壓降低（0.4－－0.5V）、反向恢復(fù)時(shí)間很短（10-40納秒），而且反向漏電流較大，耐壓低，一般低于150V，（信息來(lái)源：www.dqjsw.com.cn）多用于低電壓場(chǎng)合。
這兩種管子通常用于開(kāi)關(guān)電源。
肖特基二極管和快恢復(fù)二極管區(qū)別：前者的恢復(fù)時(shí)間比后者小一百倍左右，前者的反向恢復(fù)時(shí)間大約為幾納秒~！
前者的優(yōu)點(diǎn)還有低功耗，大電流，超高速~！電氣特性當(dāng)然都是二極管阿~！
快恢復(fù)二極管在制造工藝上采用摻金,單純的擴(kuò)散等工藝,可獲得較高的開(kāi)關(guān)速度,同時(shí)也能得到較高的耐壓.目前快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件.
肖特基二極管：反向耐壓值較低40V-50V，通態(tài)壓降0.3-0.6V，小于10nS的反向恢復(fù)時(shí)間。它是具有肖特基特性的“金屬半導(dǎo)體結(jié)”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除材料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵，多為N型半導(dǎo)體。這種器件是由多數(shù)載流子導(dǎo)電的，所以，其反向飽和電流較以少數(shù)載流子導(dǎo)電的PN結(jié)大得多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)甚微，所以其頻率響僅為RC時(shí)間常數(shù)限制，因而，它是高頻和快速開(kāi)關(guān)的理想器件。其工作頻率可達(dá)100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導(dǎo)體）肖特基二極管可以用來(lái)制作太陽(yáng)能電池或發(fā)光二極管。
快恢復(fù)二極管：有0.8-1.1V的正向?qū)▔航担?5-85nS的反向恢復(fù)時(shí)間，在導(dǎo)通和截止之間迅速轉(zhuǎn)換，提高了器件的使用頻率并改善了波形?？旎謴?fù)二極管在制造工藝上采用摻金,單純的擴(kuò)散等工藝,可獲得較高的開(kāi)關(guān)速度,同時(shí)也能得到較高的耐壓.目前快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件.
四、變頻器用——電解電容在電路中的作用
1，濾波作用，在電源電路中，整流電路將交流變成脈動(dòng)的直流，而在整流電路之后接入一個(gè)較大容量的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動(dòng)直流電壓變成相對(duì)比較穩(wěn)定的直流電壓。在實(shí)際中，為了防止電路各部分供電電壓因負(fù)載變化而產(chǎn)生變化，所以在電源的輸出端及負(fù)載的電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百**號(hào)不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001－－0.lpF的電容，以濾除高頻及脈沖干擾．
2，耦合作用：在低頻信號(hào)的傳遞與放大過(guò)程中，為防止前后兩級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，常采用電容藕合．為了防止信號(hào)中低頻分量損失過(guò)大，一般總采用容量較大的電解電容。
二、電解電容的判斷方法
電解電容常見(jiàn)的故障有，容量減少，容量消失、擊穿短路及漏電，其中容量變化是因電解電容在使用或放置過(guò)程中其內(nèi)部的電解液逐漸干涸引起，而擊穿與漏電一般為所加的電壓過(guò)高或本身質(zhì)量不佳引起。判斷電源電容的好壞一般采用萬(wàn)用表的電阻檔進(jìn)行測(cè)量．具體方法為：將電容兩管腳短路進(jìn)行放電，用萬(wàn)用表的黑表筆接電解電容的正極。紅表筆接負(fù)極(對(duì)指針式萬(wàn)用表，用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量時(shí)表筆互調(diào))，正常時(shí)表
針應(yīng)先向電阻小的方向擺動(dòng)，然后逐漸返回直至無(wú)窮大處。表針的擺動(dòng)幅度越大或返回的速度越慢，說(shuō)明電容的容量越大，反之則說(shuō)明電容的容量越?。绫磲樦冈谥虚g某處不再變化，說(shuō)明此電容漏電，如電阻指示值很小或?yàn)榱?，則表明此電容已擊穿短路．因**發(fā)生漏電或擊穿現(xiàn)象．
三、電解電容的使用注意事項(xiàng)
1、電解電容由于有正負(fù)極性，因此在電路中使用時(shí)不能顛倒聯(lián)接。在電源電路中，輸出正電壓時(shí)電解電容的正極接電源輸出端，負(fù)極接地，輸出負(fù)電壓時(shí)則負(fù)極接輸出端，正極接地．當(dāng)電源電路中的濾波電容極性接反時(shí)，因電容的濾波作用大大降低，一方面引起電源輸出電壓波動(dòng)，另一方面又因反向通電使此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電阻的電解電容發(fā)熱．當(dāng)反向電壓超過(guò)某值時(shí)，電容的反向漏電電阻將變得很小，這樣通電工作不久，即可使電容因過(guò)熱而炸裂損壞．
2．加在電解電容兩端的電壓不能超過(guò)其允許工作電壓，在設(shè)計(jì)實(shí)際電路時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況留有一定的余量，在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源的濾波電容時(shí)，如果交流電源電壓為220~時(shí)變壓器次級(jí)的整流電壓可達(dá)22V，此時(shí)選擇耐壓為25V的電解電容一般可以滿足要求．但是，假如交流電源電壓波動(dòng)很大且有可能上升到250V以上時(shí)，最好選擇耐壓30V以上的電解電容。
3，電解電容在電路中不應(yīng)靠近大功率發(fā)熱元件，以防因受熱而使電解液加速干涸．
4、對(duì)于有正負(fù)極性的信號(hào)的濾波，可采取兩個(gè)電解電容同極性串聯(lián)的方法，當(dāng)作一個(gè)無(wú)極性的電容。
五、色環(huán)電阻估算
為了使廣大的初學(xué)者能夠迅速地算出色環(huán)電阻的阻值，筆者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出速算色環(huán)電阻的“順口溜”獻(xiàn)給廣大的初學(xué)者。
現(xiàn)在常用的色環(huán)電阻多為四環(huán)電阻，也有少數(shù)是五環(huán)電阻，而且五環(huán)電阻屬于精密電阻，誤差很小。兩種 色環(huán)電阻的表示方法見(jiàn)圖1，舉例說(shuō)明見(jiàn)圖2，其包環(huán)含義見(jiàn)附表。
以下是以四環(huán)電阻為例的速算“順口溜”，但也同樣適用于五環(huán)電阻值的計(jì)算。
色環(huán)電阻是四環(huán)，橙為十千黃百千，
一環(huán)二環(huán)數(shù)相連，綠色環(huán)為兆歐級(jí)，
棕1紅2橙是3，藍(lán)紫灰白依次排。
黃4綠5藍(lán)為6，阻值誤差百分算，
紫7灰8白是9，差多差少看四環(huán)。
黑是O來(lái)不用算，紫點(diǎn)1來(lái)藍(lán)點(diǎn)2，
阻值范圍三環(huán)定，綠點(diǎn)5來(lái)記心間。
幾點(diǎn)幾歐金銀環(huán)，棕l紅2金是5，
黑十棕百紅為千，無(wú)色20銀減半。
“順口溜”中“一環(huán)二環(huán)數(shù)相連”表示兩個(gè)數(shù)為連寫，如一環(huán)為棕色，二環(huán)為紅色，即寫為12。“黑是O來(lái)不用算”表示數(shù)值色環(huán)如果
為黑環(huán)可直接寫成O，如綠、黑環(huán)直接寫為50。“阻值范圍三環(huán)定，幾點(diǎn)幾歐金銀環(huán)”指的是該電阻的阻值大小由三環(huán)決定，并且第三環(huán)是金、銀環(huán)的，說(shuō)明該電阻的阻值范圍在幾點(diǎn)幾歐內(nèi)，如綠、棕、金環(huán)為5．1Q，而綠、棕、銀則為O．51Ω。“黑十棕百紅為千”是指電阻第三環(huán)為黑環(huán)時(shí)，該電阻的阻值在幾十歐以內(nèi)，棕色環(huán)時(shí)其阻值在幾百歐以內(nèi)，紅色環(huán)時(shí)阻值在幾千歐以內(nèi)。如橙、橙、黑為33Ω；橙、橙、棕為330Ω,；而橙、橙、紅則為3300Ω，以此類推。“阻值誤差百分算，差多差少看四環(huán)”是指色環(huán)電阻的誤差是用百分?jǐn)?shù)來(lái)計(jì)算的，其誤差多少要看第四環(huán)的顏色來(lái)確定。如顏色為金色，則該電阻的誤差是±5％，無(wú)色環(huán)為±20％，銀色環(huán)的則為±10％。上述三種誤差適用于四環(huán)電阻，而五環(huán)電阻的誤差是看第五道環(huán)，其中紫環(huán)的誤差為±o．1％，藍(lán)環(huán)誤差為±0．2％。綠環(huán)誤差為±O．5％，棕環(huán)誤差為±1％，紅環(huán)誤差為±2％。
六、變頻器用——壓敏電阻基礎(chǔ)知識(shí)
1、什么是“壓敏電阻”
“壓敏電阻是中國(guó)大陸的名詞，意思是"在一定電流電壓范圍內(nèi)電阻值隨電壓而變"，或者是說(shuō)"電阻值對(duì)電壓敏感"的阻器。相應(yīng)的英文名稱叫“Voltage Dependent Resistor”簡(jiǎn)寫為“VDR”。
壓敏電阻器的電阻體材料是半導(dǎo)體，所以它是半導(dǎo)體電阻器的一個(gè)品種?，F(xiàn)在大量使用的"氧化鋅"（ZnO）壓敏電阻器，它的主體材料有二價(jià)元素（Zn）和六價(jià)元素氧（O）所構(gòu)成。所以從材料的角度來(lái)看，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導(dǎo)體”。
在中國(guó)臺(tái)灣，壓敏電阻器是按其用途來(lái)命名的，稱為"突波吸收器"。壓敏電阻器按其用途有時(shí)也稱為“電沖擊（浪涌）抑制器（吸收器）”。
2、變頻器維修入門--壓敏電阻電路的“安全閥”作用
壓敏電阻有什么用？壓敏電阻的最大特點(diǎn)是當(dāng)加在它上面的電壓低于它的閥值"UN"時(shí)，流過(guò)它的電流極小，相當(dāng)于一只關(guān)死的閥門，當(dāng)電壓超過(guò)UN時(shí)，流過(guò)它的電流激增，相當(dāng)于閥門打開(kāi)。利用這一功能，可以抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常過(guò)電壓，保護(hù)電路免受過(guò)電壓的損害。
3、變頻器維修入門--應(yīng)用類型
不同的使用場(chǎng)合，應(yīng)用壓敏電阻的目的，作用在壓敏電阻上的電壓/電流應(yīng)力并不相同，
因而對(duì)壓敏電阻的要求也不相同，注意區(qū)分這種差異，對(duì)于正確使用是十分重要的。
4、變頻器維修入門--電路功能用壓敏電阻
壓敏電阻主要應(yīng)用于瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù)，但是它的類似于半導(dǎo)體穩(wěn)壓管的伏安特性，還使它具有多種電路元件功能，例如可用作：
（1）直流高壓小電流穩(wěn)壓元件，其穩(wěn)定電壓可高達(dá)數(shù)千伏以上，這是硅穩(wěn)壓管無(wú)法達(dá)到的。
（2）電壓波動(dòng)檢測(cè)元件。
（3）直流電瓶移位元件。
（4）均壓元件。
（5）熒光啟動(dòng)元件
5、變頻器維修入門--保護(hù)用壓敏電阻的基本性能
（1）保護(hù)特性，當(dāng)沖擊源的沖擊強(qiáng)（或沖擊電流Isp=Usp/Zs)不超過(guò)規(guī)定值時(shí)，壓敏電阻的限制電壓不允許超過(guò)被保護(hù)對(duì)象所能承受的沖擊耐電壓（Urp）。
（2）耐沖擊特性，即壓敏電阻本身應(yīng)能承受規(guī)定的沖擊電流，沖擊能量，以及多次沖擊相繼出現(xiàn)時(shí)的平均功率。
（3）壽命特性有兩項(xiàng)，一是連續(xù)工作電壓壽命，即壓敏電阻在規(guī)定環(huán)境溫度和系統(tǒng)電壓條件應(yīng)能可靠地工作規(guī)定的時(shí)間（小時(shí)數(shù)）。二是沖擊壽命，即能可靠地承受規(guī)定的沖擊的次數(shù)。
（4）壓敏電阻介入系統(tǒng)后，除了起到"安全閥"的保護(hù)作用外，還會(huì)帶入一些附加影響，這就是所謂"二次效應(yīng)"，它不應(yīng)降低系統(tǒng)的正常工作性能。這時(shí)要考慮的因素主要有三項(xiàng)，一是壓敏電阻本身的電容量（幾十到幾萬(wàn)PF），二是在系統(tǒng)電壓下的漏電流，三是壓敏電阻的非線性電流通過(guò)源阻抗的耦合對(duì)其他電路的影響。
七、變頻器維修入門--發(fā)光二極管的好壞測(cè)試
測(cè)試發(fā)光二極管的好壞，可以按照測(cè)試普通硅二極管正反向電阻的方法測(cè)試。指鐘式萬(wàn)用表?yè)茉赗*100或R*1K檔，用黑表筆接發(fā)光二極管正極，紅表筆接負(fù)極，測(cè)得正向電阻應(yīng)在20=40K；用黑表筆接發(fā)光二極管負(fù)極，紅表筆接正極，測(cè)得反向電阻應(yīng)大于500K以上。用數(shù)字式萬(wàn)用表?yè)茉诙O管檔，黑表筆接發(fā)光二極管正極，紅表筆接負(fù)極，阻值為無(wú)窮大。黑表筆接發(fā)光二極管負(fù)極，紅表筆接正極，發(fā)光二極管會(huì)有微亮，表示正常。測(cè)式方法如圖
變頻器維修入門--電路分析圖 對(duì)于變頻器修理，僅了解以上基本電路還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還須深刻了解以下主要電路。主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動(dòng)電路、逆變電路和檢測(cè)取樣電路部分組成。圖2.1是它的結(jié)構(gòu)圖。
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