九例变频器主电路故障检修

[故障表现和诊断] 一台正弦SINE303型7.5kW变频器，现场启动运行中，频率上升到7Hz左右，跳欠电压故障代码而停机。故障复位后再行起动，电机才动一下，面板不显示了，机器像没通电一样，模变频器外壳，感觉很热。测量R和+之间的正向电阻值，正常时应等于整流二极管的正向电阻（或正向导通电压值），现在测量值为无穷大，初步判断充电电阻断路。

[电路构成] 正弦SINE303型7.5kW变频器的主电路，如图1所示（将逆变功率电路省略未画），整流和储通电容之间，接有R92限流充电电阻和充电继电器REYAY1。在三相电源输入端子之间，并联有压敏电阻元件和电容，以吸收电网侧的电压尖峰。

[故障分析和检修] 拆机检查，充电电阻R92已烧断。另行提供DC24V电源，单独给充电继电器REYAY1上电，细听其触点动作声音，由此判断REYAY1的工作状态。在触点闭合状态，由电阻挡测量触点的接触电阻，未见异常，本着 “眼见为实”的原则，拆光继电器外壳，观测触点状态，发现触点有烧灼现象，换新继电器和充电电阻后，故障排除。

图1 正弦SINE303型7.5kW变频器的整流、充电和储能电路

[故障表现和诊断] 台达DVP-1 22kW变频器，上电无反应，操作面板无显示，测量控制端子的24V电压为0。判断为开关电源或开关电源的供电回路故障。

[电路构成] 台达DVP-1 22kW变频器的主电路，由晶闸管半控桥，储能电路和逆变电路构成。晶闸管3相半控桥的工作原理简述如下：

变频器上电初始时期，VT1~VT3等3只晶闸管器件因无触发信号送入，处于截止状态。R相输入交流电压（与S、T相构成通路）经D1半波整流、R1/R4限流、直流电抗器L为直流回路的储能电容充电，使主电路的P、N端子间的直流电压逐渐上升至一定值时，开关电源电路起振工作，主板MCU器件检测到直流回路的电压值上升至某一阈值后，从DJP1的23端子输出低电平的“晶闸管开通信号”，光耦合器DPH7由此产生输入侧电流，输出侧内部光敏晶体管导通，将振荡器DU2由3脚输出的脉冲信号输入晶体管DQ14的基极，经复合放大器DQ14、DQ15进行功率放大，由二极管DD16、DD30、DD31将触发脉冲信号分为3路，输入至晶闸管VT1~VT3等3只晶闸管的栅阴结，使VT1~VT3等3只晶闸管同时开通，由3只晶闸管和3只整流二极管构成的半控桥电路“变身为”3相桥式整流电路。

图2 中达VDF-B型22kW变频器主电路（简化图）

脉冲形成电路的供电电源由开关电源电路（开关变压器DT1的一个绕组）提供，整流电源的负端接主电路P端（3只晶闸管的阴极），振荡电路输出的正向脉冲，经功率放大电路输入晶闸管的栅极，形成触发电流的通路。触发脉冲形成电路由DU2、DQ14、DQ15等元件组成。时基电路1455B（同NE555）与外围DR64、DR45、DD27/DD28、DC42等定时元件构成多谐振荡电路，脉冲信号由3脚输出，脉冲信号向后级电路的传输与否受耦合器DPH7（MCU主板信号）的控制。变频器上电及主电路储能电容充电结束后，DU2输出脉冲信号一直在传输中，与常规晶闸管调压电路中的触发信号不同，信号不必与电网同步和具备确定的相位关系，这是一个振荡频率约为5kHz的“高频触发信号”，随机性地加到晶闸管的栅阴结上，总是使用3只晶闸管在电网电压过零点位置“尽早”开通。

 [故障分析和检修] 晶闸管半控桥整流电路的检测思路，检修方法和步骤如下：

1、故障表现和检修思路

晶闸管电路的典型故障表现，是启动时报“欠电压”故障，或上电无反应（操作显示面板也无指示）。上电无反应说明开关电源失去电源供应，变频器的充电限流电阻可能已经烧断，但其故障原因有可能是3只晶闸管半控桥没有投入正常，启动过程中，运行电流流经充电限流电阻令其烧断。

另外，报“欠电压”故障和3相电源电压偏低、储能电容的电容量变小，直流电压检测电路误报故障等，都有关系，须排除其它故障原因后，再检修晶闸管整流电路。

1）上电无反应。检查（见图2）D1、R1/R4等充电限流电路，排除其故障后，进而检查晶闸管整流电路和脉冲形成电路；

2）上电即（为变频器输送3相交流电源的空气断路器）跳闸，说明晶闸管整流电路存在短路故障，用万用表测量晶闸管半控桥，检查损坏元件；

4）上电反应正常，但一给出起动信号，即报“欠电压”故障，先排除其它故障原因后，再检查是否由晶闸管半控桥模块损坏或触发电路不良造成的故障原因：

a、晶闸管半控桥模块中有1只晶闸管损坏或1路触发脉冲电路不良，空载或轻载运行正常，负载率达50%以上时报欠电压故障，保护停机；

b、晶闸管半控桥模块中有2只晶闸管损坏或3路触发信号丢失，晶控管半控桥电路不工作，轻载投入启动信号，即报欠电压故障，变频器处于停机保护状态。

2、故障检修方法和步骤

1）先排除晶闸管半控模块的故障

确诊为晶闸管整流电路没有正常工作，本着先易后难的故障检查原则，和先检查故障概率高的元件或电路，后检查故障概率低的元件电路的原则，先在机器停电状态，测量判断并排除3块晶闸管半控桥的故障，再进而检修脉冲触发电路。

2）还可以进一步划分脉冲形成电路的故障范围

触发脉冲形成电路输出的脉冲信号，换言之，触发脉冲形成电路，是变频器上电后即开始工作的。但触发脉冲信号能否加到晶闸管的栅阴结上，受到MCU主板来的“开关信号”的控制，暂时短接光耦合器DPH7输出侧（3、4脚）进行试验——人为形成“模拟的MCU晶闸管开通控制信号”，若晶闸管半控桥电路能正常工作，或在3只晶闸管的栅阴结能测得1V左右的正向脉冲电压值（栅极搭红表笔），说明DU2、DQ14、DQ15等脉冲形成电路是正常工作的，只是MCU主板的晶闸管开通信号，未能正常送入光耦合器DPH7的输入侧。

故障检查范围在光耦合器DPH7、排线端子的23端子及MCU主板前级电路，当MCU输出晶闸管开通信号，23端子应该变为0V（针对+5V而言）的低电平，或测量DPH7输入侧（1、2脚之间）的电压值为1.2V左右，说明由MCU主板的晶闸管开通控制信号已正常输入DPH7，DPH7不能正常传输控制信号已经损坏；若测量23端子电压为+5V，或测量DPH7输入侧（1、2脚之间）的电压值为0V左右，说明MCU主板未送入晶闸管开通信号，检查MCU主板前级电路的故障原因。

若暂时短接DPH7的输出侧，在晶闸管的栅阴结上仍检测不到正常的脉冲信号电压，说明触发脉冲形成电路本身故障。

上电检测直流回路的储能电容两端无530V直流电压，进一步检测预充电电路的保险管FUSE1已经熔断，致使开关电源得不到输入电源，整机不工作。考虑到熔断原因为三相整流电路中可控硅元件因未被触发导通，预充电电路因承受运行电流冲击，而使FUSE1熔断。将FUSE1换新后，上电在三只可控硅的触发端子均检测不到直流电压。当短接触发电路中的DQ3时，三只可控硅的触发端子均有触发电压输入，三只可控硅开通。检查DQ3的集电结已经开路损坏，将 DQ3用功率管BU406代换后，故障排除。

[故障表现和诊断] 台达VDF-B型22kW变频器，故障状态同上例。经检测，充电电阻已经断路，判断晶闸管半控桥主电路或触发电路存在故障。

[故障分析和检修] 检查充电电阻R1、R4已经烧断（参见图2），换电阻后上电检查：短接触发脉冲放大晶体管DQ15的C、E极，测量G1、K1，G2、K2，G3、K3触发端子间仍无触发电压信号；测量振荡器DU2的3脚有直流电压输出，说明振荡电路工作正常；测量光电耦合器DPH7的1脚无1.3V输入电压，排线端子DJ6的24脚电压仅为0.3V。DPH7因无信号电压输入，内部输出侧三极管未导通，主电路晶闸管不能得到触发电流。

分析：1）是直流回路的电压检测电路故障，使MCU误以为储能电容的电荷尚未充满，因而不输出可控硅开通指令；2）还是CPU的I/O口内部电路故障，不能输出+5V高电平指令呢？变频器上电，在停机状态下，由预充电回路，也能在储能电容上建立起500V以上的电压。

空载操作变频器起动运行试验，输出正常，未报出欠电压故障。检查DJP1的端子排线（23引脚）至MCU主板MCU的引脚连接，都没有什么问题，说明光耦合器DPH7的输入侧无输入信号是由于MCU的I/O口内电路损坏所致。

是由厂家购进MCU主板，还是采用应急措施修复此例故障呢？在不更换MCU主板的前提下，有两种方法，都可以将此故障变通修复：

图3  使晶闸管处延时开通的控制电路

1、直接将DQ15短接，变频器上电时，由预充电电路为储能电容充电，当充电电压建立起一定幅度后，如450V，开关电源起振，触发电路得电，三只可控硅得到触发电源而开通；可控硅开通时有较小的冲击电流，但基本上无妨。

加装一个三极管R、C延时电路，在开关电源起振后，控制DPH7延时得电，以便延时送出可控硅开通的控制信号。增加延时控制电路如上图3所示。

只需将DPH7的1脚元件拆除，加装由上图5只元件组成的延时电路即可。在开关电源起振工作后，从排线端子DJP1的的10端引入+15V电源电压，经R1给C2充电到C2上电压上升为12V左右时，DW1击穿导通，三极管Q1有偏流而导通，驱动DPH7，接通可控硅的触发电流通路。 电路的延时时间约为3秒。此时储能电容上已建立起500V左右的电压值，三只晶闸管器件便在无冲击电流的情况下顺利开通了。

[故障表现和诊断] 接修一台海利普HLP-P型15kW变频器，用户反映该变频器上电后无反应，可能是有保险丝烧断了（用户不明白变频器电路结构，故有此猜测性判断）。经测量判断，充电电阻已经烧断。

[电路构成] 海利普HLP-P型15kW变频器主电路和辅助控制电路，如图4所示，对FU熔断器的检测电路、充电接触器的控制电路、充电接触器的状态检测电路，也在图4中一并画出。

[故障分析和检修] 接手变频器后，不要忙着为变频器上电试机，先用数字万用表的二极管挡，测量R、S、T电源输入端与直流P端（黑表笔搭P端），正常时应该是整流桥电路内部3只二极管的正向电压值（串联限流电阻的电阻值可忽略不计），现在测量结果显示正向电压值均为无穷大，从图4电路分析，整流桥内部3只二极管同时损坏的概率极低，最大可能是充电电阻已经断路了。拆开变频器机壳，测量充电接触器（型号为XSC1-015）主触点两端电阻值，远远大于50Ω（嘿，接着就发现机壳内部限流电阻损坏碎裂形成的白色硬块了），判断充电限流电阻已经损坏。

维修经验告诉我：限流电阻损坏的背后有可能隐藏着另一个原凶——充电接触器的工作状态不良，在起动变频器后，因充电接触器没有正常动作，运行电流流过限流电阻使其烧毁。当然也存在因限流电阻本身质量缺陷或电网劣化引起异常浪涌充电电流而使限流电阻烧坏的原因。

更换限流电阻后，在上电瞬间，注意倾听充电接触器的吸合声音，上电1至2秒后，听到“哐”的一声响（伴随有机壳的微微震动），说明充电接触器工作状态正常。

图4 海利普HLP-P型15kW变频器主电路和辅助控制电路图

为了杜绝故障隐患，降低故障返修率，将充电接触器的外壳拆开，观测触点状态良好，证实该例故障，仅为单纯限流电阻烧坏，更换后故障排除。

一台送修海利普品牌15kW变频器（参见图4主电路），电源开关合闸即跳，用户怀疑变频器损坏送修。测量变频器主R、S、T与P、N主端子之间的电阻正常，逆变功率电路也无问题，慎重起见，用调压器为变频器调压供电，试进行起、停操作，变频器工作正常。判断故障原因为用户为变频器所供电的电源开关（60A空气断路器）不良，建议用户更换后试机，变频器工作正常。

[检修小结] 本例故障，将故障范围延伸至变频器外部——变频器的供电线路异常上来！这也是变频器维修者有时要面临的问题，有些故障其实是外部线路、负载的故障，及变频器工作参数调节不适宜的问题。如本例故障，系为变频器提供工作电源的空气断路器不良（正常电流下误跳闸分断）所造成。不一定都是变频器的原因啊。维修者头脑中，要有这根“弦”儿。

一台送修海利普HLP-P型15kW变频器，在运行中操作人员听到机内爆响，随即电源开关跳闸。测量S、T电源端子之间的电阻为数十欧姆，进一步测量S、R、T与P、N之间的正、反向电阻值，S、P端子之间的电阻值为0，确定该变频器的整流功率模块已经损坏。检查主电路储能电容和逆变功率电路，未发现什么异常。按原型号（MDS100B-16）更换100A1600V的3相整流模块后，测量主端子之间的电阻值恢复正常，上电试机，故障排除。

接修一台运行中报欠电压停机报警的变频器，由于维修部没有带（额定负载）载条件，只能尽量从主电路着手，找到故障器件。拆开变频器机壳，先直观观察储能电容有无异常，然后上电，观察和倾听充电接触器的动作状况，都正常。这时拆开充电接触器外壳，发现主触点烧灼严重，造成虚接。换用同型号交流接触器，安装试机，故障排除。

一台海利普HLP-P型15kW送修变频器（参见图4电路），用户反映轻载时运行时正常，接近满载后，报欠电压故障而停机。根据故障表现，充电接触器主触点接触不良和储电容容量小的可能都有。询问用户，变频器使用年限达4年以上了，工作现场环境温度偏高，判断储能电容的容量减小可能性为大。拆开机壳，解除储能电容的连接线后，用电容表检测电容量，两只串联电解电容均有不同程度的容量减小现象，分别由原值的3300μF变为2300μF和1800μF。更换优质电容后，试机正常。

说明：上两例故障，限于维修部条件，一般不能为变频器带上额定负载试机，为降低返修率，首先要明确确定故障根源，找到故障根源并修复。再就是可联系就近工厂，创造试机条件，最好是确定故障已根除后，再交付用户。

用户电话反映，变频器运行以后，报欠电压故障而停机，空载运行正常。判断为变频器主电路故障。送修后，首先要排除电压检测电路误报故障的可能性（空载运行正常），检查充电接触器的主触点接触正常、储能电容的电容量，都没有发现什么问题。询问用户电工，是否为3相电源电压偏低，回答说3相电源电压都在390V左右，无偏低现象。又询问电工检查为变频器供电的空气断路器有无问题，电工回答说是新换的，不会有问题。

未查出变频器的其它故障，只得现场装机试验，运行中测量变频器的3相输出电压，发现S、T两相之间仅为200V，严重偏低，测量空气断路器的输入电压正常，判断为新换的电源开关（空气断路器）不良。这也是一例由电源异常造成的故障报警与停机保护实例，给人的教训是：一是要先排除变频器的外部原因，再检修变频器；二是即使新换的器件（如新购的空气断路器），也有可能是坏的。