變頻器常見故障診斷和維修

　　本文主要介紹了變頻器的一些常見故障診斷和維修方法，并簡(jiǎn)述了其故障產(chǎn)生的原因及防治對(duì)策。需要了解變頻器維修知識(shí)，可以從以下五大方面著手。

　　一、了解模電和數(shù)電的區(qū)別

　　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)學(xué)運(yùn)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

　　1、運(yùn)放可以連接成為比較輸出，比較器就是比較。

　　2、比較器輸出一般是OC便于電平轉(zhuǎn)換；比較器沒有頻補(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、比較器為集電極開路輸出，容易輸出TTL電平，而運(yùn)放有飽和壓降，使用不便。

　　5、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）

　　6、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)部無相位補(bǔ)償電路，這也是比較器比運(yùn)放速度快的原因。

　　7、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，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(SchottkyBarrier 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，多用于低電壓場(chǎng)合。

　　這兩種管子通常用于開關(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制作太陽能電池或發(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)百微法的電解電容．由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對(duì)高頻及脈沖干擾信號(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)中韻低頻分量損失過大，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)指針式萬用表，用數(shù)字式萬用表測(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窮大處。表針的擺動(dòng)幅度越大或返回的速度越慢，說明電容的容量越大，反之則說明電容的容量越?。绫磲樦冈谥虚g某處不再變化，說明此電容漏電，如電阻指示值很小或?yàn)榱悖瑒t表明此電容已擊穿短路．因萬用表使用的電池電壓一般很低，所以在測(cè)量低耐壓的電容時(shí)比較準(zhǔn)確，而當(dāng)電容的耐壓較高時(shí)，打時(shí)盡管測(cè)量正常，但加上高壓時(shí)則有可能發(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，即可使電容因過熱而炸裂損壞．

　　2．加在電解電容兩端的電壓不能超過其允許工作電壓，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)無極性的電容。

　　五、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"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”。

　　在中國臺(tái)灣，壓敏電阻器是按其用途來命名的，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、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)，流過它的電流極小，相當(dāng)于一只關(guān)死的閥門，當(dāng)電壓超過UN時(shí)，流過它的電流激增，相當(dāng)于閥門打開。利用這一功能，可以抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常過電壓，保護(hù)電路免受過電壓的損害。

　　3、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、電路功能用壓敏電阻

　　壓敏電阻主要應(yīng)用于瞬態(tài)過電壓保護(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：

　?。?）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)壓管無法達(dá)到的。

　?。?）電壓波動(dòng)檢測(cè)元件。

　?。?）直流電瓶移位元件。

　　（4）均壓元件。

　　（5）熒光啟動(dòng)元件

　　5、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)不超過規(guī)定值時(shí)，壓敏電阻的限制電壓不允許超過被保護(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)。

　?。?）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源阻抗的耦合對(duì)其他電路的影響。