变频电路

2024-07-07

变频电路（共8篇）

变频电路篇1

0 引言

变频电路的电源转变过程是:交流电-直流电-交流电。在交流电-直流电转变过程中, 由大电容进行充电储存电能, 在直流电-交流电转变过程中, 由大电容放电变频输出。在整个变频设备工作过程中, 设备的电源电压是正弦交流波形, 但变频工作形成的设备工作电流却不是正弦交流波形, 导致设备功率因数严重降低。

1 功率因数低原因分析

变频设备工作电流主要是大电容的充电电流。正弦交流电压桥式整流后, 在电压升高过程中对电容充电, 由于电容充电快、放电慢, 对比电源电压的正弦交流波形, 电流波形如图1所示。

通过波形图可以看出, 电流波形的相位滞后电压波形一定角度, 同时电流波形和电压波形比较, 电流波形严重畸变, 根本不是正弦交流波形。

设备工作电压和电流存在相位差, 且电流波形严重畸变, 将使设备功率因数大大降低。功率因数降低导致电网无功功率损耗增加, 严重影响电能的有效利用, 所以在影响功率因数的设备上, 必须设置功率因数提升电路。

功率因数公式是:

cosΦ为功率因数, P为有效功率, S为视在功率, Q为无功功率, Φ为电压和电流的相位差 (电压和电流波形一致的情况下) 。功率因数为1时, P和S是相等的, 没有无功功率损耗, 交流电源利用率最高, 最为节能。

2 功率因数提升方法

功率因数提升的方法主要从2个方面着手:一是调整电流的相位角, 使电压、电流相位一致;二是改善电流波形, 使电流波形和电压波形一致, 是正弦交流波形。功率因数提升主要采用专用电路控制, 常见功率因数提升电路结构如图2所示, 为APFC电路。

APFC是Active Power Factor Correction简称, 含义是有源功率因数校正电路。APFC电路的基本工作原理是:在整流电压电路和充电电容C之间, 安装了由大电感L、大功率开关管IGBT、大功率二极管D组成的开关调整电路。脉冲式的大电容充电电流, 经过L形成较为平滑变化的电流, 由检测电路检测UO电压和回路电流, 计算电压、电流的相位差及电流波形误差, 输出开关脉冲控制IGBT导通与截止;IGBT的导通与截止, 使UO电源经过L形成接近正弦波的电流, 控制IGBT导通与截止的开始时间, 则使电压、电流同相位, 基本能使功率因数达到1。大功率二极管D防止电容C反向放电。

3 APFC控制电路分析

以海信直流变频多联机空调APFC控制电路为分析对象, 其电路结构如图3所示。

APFC电路的控制元件是集成电路FA5502M, 集成电路有16个端子, 各个端子的功能如表1所示, 电路具有过流、过压保护功能和欠压锁定输出功能, FA5502M可以由外部CPU控制APFC电路工作与停止。

在通电工作过程中, FA5502M端子3、16分别检测主电源电路桥式整流电路电压、电流的变化波形。端子8输出功率因数校正脉冲, 经驱动集成电路MCP1407输出, 控制IGBT-1、IGBT-2进入开关状态。端子4检测电容滤波后直流电压高低, 若过流、欠压则导致电压过低, FA5502M内部保护端子8自动锁死无输出, 保护功率管IGBT不至于低压过流损坏。端子9、10是FA5502M内部不同功能电路的2路工作电源。

IGBT进行主回路电流调节, 在大电感L的电磁作用下, 电流进行平滑变化, 使交流电源主回路电压、电流同步, 即波形一致, 相位一致, 使功率因数大大提升。

4 结语

海信空调采用日立技术, 本文以性能优良的直流变频空调APFC电路进行介绍, 说明变频电路中功率因数提升的原理和方法, 文中电路原理图为原厂提供的技术支持电路, 可以供读者借鉴和学习。

参考文献

[1]罗凌, 贾正松.开关电源的有源功率因数校正电路设计[J].电子设计工程, 2012 (3) :180-183.

[2]王会涛.基于Matlab的单相开关电源功率因数的仿真分析及优化[J].电源世界, 2014 (1) :42-44.

[3]李朋.空调器电路与电脑板检修技术[M].北京:国防工业出版社, 2009.

变频电路篇2

关键词：ABB变频器；破碎机；刮板输送；控制回路；交流电机文献标识码：A

中图分类号：TH215 文章编号：1009-2374（2015）25-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.023

1 ABB变频器的投入与运行概述

我公司破碎站刮板电机变频器使用的是ABB系列产品，其型号为ACS800-04-0320-3+E210+P901，控制方式为一拖二（即一台变频器拖动两台变频电机）。电动机功率为90kW/台，电机轴采取刚性耦合，冲击型负载通过电机拖动链节式刮板运行。其控制方式有两种：远程控制和就地控制。自变频器投入以来，不仅延长了电动机的使用寿命，同时也降低了吨煤耗电量，给维修带来了很大的便利，也为企业降低了生产成本。由于频繁启车操作，变频器及其系统曾出现过一些影响生产的不稳定因素，通过多年的维修经验，针对不同的故障现象，本文对一些常见的电气设备故障进行了总结分析。

2 ACS800系列变频器在刮板输送机控制电路中的应用

2.1 ACS800系列变频器概述

ACS800系列传动产品最大的优点就是在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如启动向导、自定义编程、DTC控制、通用备件、通用的接口技术以及用于选型、调试和维护的通用软件工具，其通用性及操作的智能性尤为突出。它的核心技术就是直接转矩控制（DTC），是目前较为先进实用的交流异步电机的调速控制方式。DTC稳定杰出的性能使ACS800适用于各种产业领域，尤其在露天煤矿应用较为广泛。

2.2 ACS800系列变频器在刮板输送机上的应用原理

随着工业技术的不断发展，内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司根据实际生产需要，采用了变频器一拖二功能，即用一台变频器带动两台变频电机，实现对刮板输送机的控制。其控制方式有两种：一是就地；二是远程操作。根据工控要求，安装设备后通过面板输入相应的控制参数，其主要参数设置为：99组参数组内严格按照电机名牌直接输入，电机的极限电流为两台电机最大启动电流之和并留有一定的裕量。用一台变频器带动两台电机通过外部给定（0～50Hz）范围内调节转速，从而实现一机多用，最大限度地提高设备利用率，降低吨煤单耗。其中外部给定是通过GE公司PLC及相应的触摸屏操作系统来实现，并结合适当的外围设备搭建了该控制变频器的控制系统。

3 刮板机变频控制常见故障的处理

3.1 常见故障一

故障现象：刮板变频器上电跳闸故障，控制盘上显示：OVERCURRENT（2310）输出电流过大，且变频器不能复位。

主要原因：模块损坏；驱动电路损坏；电流检测电路损坏，导致输出电流过大，超过软件的过流跳闸极

限值。

处理方法：首先检查逆变模块是否有问题；其次检查驱动电路是否异常现象；最后检查过流信号处理元件电路传感器是否已坏，更换损坏的电子元器件。

3.2 常见故障二

故障现象：在启动刮板输送机过程中，频率给定值逐渐增大时变频器会故障跳闸，控制盘上显示：OVERCURRENT（2310）输出电流过大。

主要原因：电动机或电机电缆有短路情况发生；机械机构变形卡死；单台电机作业等原因引起。

处理方法：利用兆欧表遥测绝缘性确定是否短路；检查机械传动装置有无异常；检查控制板是否发生短路；检查是否单台作业。

3.3 常见故障三

故障现象：刮板变频器运行过程中停机，控制盘上显示：ACS 800 TEMP（4210）。这是传动的IGBT温度过高或并行连接的逆变器单元模块内部过温。

主要原因：环境条件恶劣，通风不好，变频器积灰过多，电机功率超过了单元功率。

处理办法：检查变频器内灰尘并清理；检查变频器主板温度；检查周围环境，改善通风条件。

3.4 常见故障四

故障现象：启动变频器时，无论启动正转还是反转均按正转运行。

主要原因：变频器转向被锁死为正向。

处理办法：检查变频器参数10.03项发现参数变为FORWARD（固定为正向），把参数改为REQUEST（允许用户定义转向）后，试机正常。

3.5 常见故障五

故障现象：变频器打到远程控制，但在远程触摸屏上输入频率无响应，变频器一直按照一个频率运行不受远程输入的控制。

主要原因：远程输入不被变频器所识别，给定值的百分比被更改。

处理办法：检查参数组11.05（REF1）、11.08（REF2）项中给定值是否为100%；检查参数组13.03之前设置的启动模式是否被改变。

3.6 常见故障六

故障现象：变频器操作面板显示PPCC LINK（5210），连接至INT板的光纤出现故障，而且故障清不掉。

主要原因：逆变模块主电路接口板INT和PPCC分配单元PBU之间的连接不好，光纤本身故障。

处理办法：检查逆变模块主电路接口板INT和PPCC分配单元PBU之间的连接正常，检查光纤性能正常，用酒精擦拭光纤头使其清洁，重新连接光纤故障消除。

4 结语

在煤炭行业的生产中，变频器起到了至关重要的作用，虽然一次性购买变频器的价格很昂贵，但从长远的发展角度看，使用变频器不仅能节约电能，而且在使用过程中能减少很多不必要的故障，节约了材料，也减少了维修频率，从而大大提高了生产的效率。所以面对昂贵、高新科技的变频器，维修人员在使用过程中一定要做好对变频器的保养和维护，使其充分发挥作用，达到最高性价比。

参考文献

[1] ACS800标准控制程序7.x固件手册[S].2008.

[2] 王兆义.变频器应用故障200例[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3] 李方圆.变频器故障排除DIY[M].北京：化学工业出版社，2008.

作者简介：李忠飞（1981-），内蒙古通辽人，内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司煤炭加工公司维修一部电修队队长，工程师，研究生，研究方向：控制理论与控制工程。

一种变频一拖二电路的设计篇3

自来水厂二级泵站负荷随着用户用水量的大小波动很大。用水高峰时, 甚至需要所有水泵同时全马力工作, 用水低谷时一二台水泵运行已经绰绰有余了, 而且往往存在大马拉小车的情况。另一方面二级泵站需要恒压为用户供水。为了灵活控制水压, 避免大马拉小车, 这就需要部分水泵变频运行, 以达到既节能又恒压供水之目的。但同一台泵负荷大时需要工频运行, 负荷小时又需要变频运行;有些时候一台泵需工频运行, 另一台泵变频运行就可以了;有时又需要这二台泵均工频运行。另一方面随着自动化程度的提高, 自来水厂要求水泵能在中心控制室DCS上进行控制。针对这些需求, 而且最大程度的降低投资, 本文设计出一种简单经济可靠的变频一拖二电路。

1 一次电路设计

1.1 可满足4 种工况

工况1:M1 或M2 其中任何1 台工频运行;工况2:M1 和M2 同时工频运行;工况3:M1 或M2 其中任何1 台变频运行;工况4:M1或M2 其中1 台工频运行, 另1 台变频运行。

1.2 热继电器位置

以前的设计把热继电器置于电流互感器LH处, 在电机变频运行时, 由于谐波影响, 热继会误动, 导致电机跳闸。有的用户为了避免热继误动跳闸, 人为调高热继定值, 造成电机工频运行时, 得不到合适的保护。更有甚者, 为了防止电机高转速变频时跳闸, 把热继保护值调的很大, 最终热继失去了保护作用, 形同虚设。本设计把热继电器改至上图所示位置, 电机工频运行时能得到很好的保护, 电机变频运行时由变频器对其进行保护。

1.3 元件选择

(1) 本设计变频器容量按单台电机容量选择, 若电机一大一小, 按大者选择; (2) 其它元件按所属回路考虑。

2 二次电路设计

2.1 电机的控制

(1) 四种工作模式。把1SA1 置于“机旁”, 1SA2 置于“工频”, 通过1SF1、1SS1、KM1可对M1进行工频运行控制;把1SA1置于“机旁”, 1SA2 置于“变频”, 通过1SF2、1SS2、KM2、电位器RP可对M1 进行变频运行控制;把1SA1 置于DCS, 可通过DCS控制1KA对M1 进行工频控制;把1SA1 置于DCS, 可通过DCS控制2KA、6KA (DCS速度给定切换继电器) , 调节AI2 (DCS速度给定) 对M1 进行变频控制; (2) 急停。无论工作于何种模式, 在紧急情况下均可按下急停按钮1SB, 停运电机; (3) 联锁。KM1 与KM2 联锁, 若二者同时吸合将损坏变频器;KM2 与KM1、KM4 均联锁, 若KM2 与KM4 同时吸合变频器将过载; (4) 保护。电机工频运行时过载由热继KH1 进行保护, 短路由塑壳断路器QF1 保护;电机变频运行时由变频器对其进行保护;变频器由快熔FU和塑壳断路器QF2保护;注:2#电机的控制与1#类同。

2.2 变频器的控制

当需要机旁变频控制时, 在机旁箱上把SA1 置于“机旁”, SA2置于“变频”, 按变频起动按钮SF2, 变频运行接触器KM2 (KM4) 吸合, 其辅助触点闭合, LI1 变高电位, 变频器 (ATV61) 起动, 从零位开始顺时针旋转电位器RP, 转速给定电压AI1+ 将在0~10V之间变动, 对应电机频率在0~50HZ ( 对变频电机, 频率上限由电机铭牌决定) 之间变化。顺时针旋转电位器, 电机转速增加, 逆时针旋转电位器, 电机转速降低。停机时, 先把电位器逆时针旋到底 ( 或旋到需要的最低起动转速) , 再按变频停止按钮SS2。

当需要DCS变频控制时, 先在机旁箱上把SA1 置于“DCS”, 然后在DCS上进行操作。吸合6KA, LI5 变高电位, 速度给定信号由机旁箱电位器切换至DCS (AI2:4~20m A) 。先给4 m A或一较低转速信号, 然后吸合2KA (4KA) , KM2 (KM4) 吸合, 变频器起动, 再缓慢增加速度给定信号, 根据变频器输出至DCS的电机实际转速信号 (AO1:4~20m A) , 判断是增加还是减少给定, 直到电机转速满足要求。停车时先降低速度给定信号, 等电机实际转速降下来, 再释放2KA (4KA) , KM2 (KM4) 释放, 最后释放6KA。转换开关SA2 工变频位置信号也送至DCS, DCS可根据需要设置为是否机旁箱命令决定DCS控制方式。当变频器跳闸, 故障消除时, 在变频器柜及DCS上均可对变频器进行远程复位。FA闭合或5KA吸合, LI4 变高电位, 复位变频器。雷雨季节, 变频器经常由于电网晃电而跳闸, 如果每次去变频器柜复位, 既增加了劳动强度又影响了供水, 所以在DCS复位显得尤为重要。

2.3 DCS控制命令

DCS控制命令通过1~6KA中间继电器隔离放大后, 去控制电路。

3 通电调试

根据一二次回路图, 选择元器件, 安装在电柜、机旁控制箱后, 便可进行一二次布线, 布线完成, 检查准确无误后, 再用二次线临时连接电柜与机旁控制箱, 检查无误后, 利用四只220V白炽灯, 两两串联, 构成两只假负载, 分别接入M1、M2 主回路 (A、C相) , 然后便可给电柜母线加调试电源, 上电调试。

先合QF2, 变频器上电, 对变频器进行参数设置:

(1) 运行、频率指令均设置为控制端子控制, 运行指令设置为2 线制; (2) 频率指令设置为给定1 (AI1+:0~10V) 和给定2 (AI2:4~20m A) , 二者可通过控制端子切换; (3) 定义一个多功能输入端子为故障复位功能, 一个为频率指令切换功能; (4) 设置一个多功能输出为故障状态输出; (5) 定义一个模拟输出 (AO1:4~20m A) 为电机实际运行频率; (6) 停止方式选择为减速停止; (7) 频率指令低于下限时设置为报故障, 电机停止; (8) 设置有关电机参数, 加减速时间等;注:1) 调试期间需退出变频器的缺相保护, 否则负载太轻, 变频器会报警跳闸;2) 用4~20m A信号发生器模拟DCS速度给定;3) 一些保护及联锁功能在调试时穿插进行, 以保证电路在异常或故障情况下可靠动作;4) 调试期间必须用相序表测试工变频运行时输出电压相序, 若相序不一致, 可改变变频器输出相序参数设定值或变频器输出侧接线相序。变频器参数设置完成后, 合上QF1、QF3。先调试1# 电动机回路, 再调试2# 电动机回路, 1#、2# 类同。

(1) 在机旁箱进行工频运行控制。在机旁箱上把1SA1 打至“机旁”, 把1SA2 打至“工频”, 按下工频起动按钮1SF1, 工频运行接触器KM1 吸合, 白炽灯亮, 工频运行指示红灯1HR1、2 亮。按下工频停止按钮1SS1, KM1 释放, 白炽灯灭, 1HR1、2 灭; (2) 在DCS进行工频运行控制。在机旁箱上把1SA1 打至“DCS”, 在1# 电机工频控制继电器1KA两端加DC24V电压, 1KA吸合, KM1 吸合, 白炽灯亮, 1HR1、2 亮。撤除1KA两端电压, 1KA释放, KM1 释放, 白炽灯灭, 1HR1、2 灭; (3) 在机旁箱进行变频运行控制。在机旁箱上把1SA1 打至“机旁”, 把1SA2 打至“变频”, 把电位器RP逆时针旋到底, 按下1# 电机变频起动按钮1SF2, 变频运行接触器KM2 吸合, 变频器起动, 变频运行指示红灯1HR3、4 亮, 顺时针旋转RP, 白炽灯亮度增加, 频闪增加, 逆时针旋转RP, 白炽灯亮度降低, 频闪降低。按下1# 电机变频停止按钮1SS2, KM2 释放, 变频器停止, 白炽灯灭, 1HR3、4 灭; (4) 在DCS进行变频运行控制。在机旁箱上把1SA1 打至“DCS”, 把信号发生器输出调至最小4m A, 在DCS速度给定切换继电器6KA两端加DC24V电压, 6KA吸合, DCS速度给定有效。然后在1# 电机DCS变频控制继电器2KA两端加DC24V电压, 2KA吸合, 变频运行接触器KM2 吸合, 变频器起动, 变频运行指示红灯1HR3、4亮, 调高信号发生器输出, 白炽灯亮度增加, 频闪增加, 调低信号发生器输出, 白炽灯亮度降低, 频闪降低。撤除2KA两端DC24V电压, KM2 释放, 变频器停止, 白炽灯灭, 1HR3、4 灭。再撤除6KA两端DC24V电压, 6KA释放, 机旁给定速度有效。

4 结语

变频电路篇4

1 家用变频空调器控制电路基本原理

变频空调器是如今家用空调器的首要选择, 它在变频器的支持下, 对空调压缩机的实际转速进行调节, 初步实现了房间内温度与热量的自动匹配, 该空调器具有调温效率高、速度快、适用范围广泛等优势。在变频技术飞速发展的影响下, 基于变频技术的空调器也从过去的交流变频转变成更为先进的直流变频, 而且控制电路从PWM转变为PAM, 所以该空调器无论从器件的应用还是控制系统的研发, 都很好的应用了当今主流科学技术。任何一种变频空调器, 其内部控制电路的基本原理大致相同, 通常由两部分构成, 分别为室内机以及室外机, 本文将美的公司生产的KFR-50LW/FBPY变频空调作为主要研究对象, 说明其控制电路基本原理。变频空调器控制电路的室内机以及室外机能够实现通信, 而且由两个不同的单片机进行控制。控制电路主要由主板、电源、开关系统以及压缩机构成, 控制操作的唯一对象就是空调机中压缩机, 相比之下, 变频空调所使用的电源是可以进行频率调节的, 所以具有更好的节能效果、舒适度、传感控制精度。在该空调的压缩机中, 主要运用交流的异步电动机和永磁体结构电动机;智能板块运用六封装或者是七封装类型的GTO等器件, 并在此基础上将电路中的驱动进行集成;电源模块将交流电进行整流形成直流电, 然后在提供至IPM等模块, 再通过逆变, 将三相交流电直接提供至空调压缩机当中;在控制电路中, 最为重要的两个部分就是室内版与室外板, 由两块单片机分别控制, 在科技发展的进程中, 控制元器件都可以使用DSP对各种指令机反馈的信息进行处理, 提高了控制电路的准确度与可靠性, 由于这项特质, 故有许多人将变频空调称作数字空调。室外机主要负责三相交流电的细化控制, 进而获取六封装条件下PWM等器件的通断控制情况, 并且还可以对室内、冷凝器、排气系统的温度进行检测, 确保系统中保护、处理以及通信功能可以有效实现。

2 家用变频空调器控制电路维修技术

无论哪一种空调, 在长时间的施工过程中, 难免会出现一些故障, 当问题发生时, 应立即对其进行维修, 几种实际情况中较为常用的维修方法如下所示:1) 接通电源, 空调器室内机的电源灯亮起, 如果此时的电源灯未亮起, 则说明该空调器室内机的电源或者是指示灯出现故障。2) 接通电源, 电源灯亮起, 使用室内机遥控器进行操作, 信号发射受阻。在检修时, 首先应确保遥控器中装有电池且有电, 然后查看电池的安装是否正确, 如果遥控器电源检查为发现问题, 则需将其拆开仔细检查其内部电路, 在此之前, 可以将其靠近收音机, 如果遥控器内部电路无故障, 在按下操作按钮时, 收音机会发出与之对应的“嘟嘟”声响。3) 在遥控器检查无误以后, 可以使用空调器室内机的强制开关进行验证, 在强制启动一段时间以后, 空调器的室内外装置均可以正常运行, 且制冷 (热) 情况良好, 则可断定是室内机中的信号接收装置出现故障。4) 如果室内机遥控器在安装完新电池后没到一个月的时间就不再显示时, 需将遥控器的电池安装后盖打开, 用棉花团蘸取浓度为95%的酒精, 反复擦拭电路板与接触面, 在擦拭部位完全干燥之后, 方可有效排除电路漏电情况, 如果遥控器液晶屏幕上出现缺字的情况, 同样可以使用这种维修方法。5) 变频空调内部的温度传感装置是十重要的器件, 在室内机中还装由空气与蒸发介质的温度传感装置;而在室外机当中, 则装有高低压管路压力传感装置, 传感器属于高精度灵敏器件, 在长时间的使用过程中, 其内部阻值可能会发生一定变化, 进而改变传感装置的控制特性, 比如阻值增大, 会影响到输出频率, 使其降低。为保障控制效果, 在明确具体的故障以后, 应立即更换相同的传感装置。6) 空调器工作状况不良时, 首先需打开试运行开关, 在启动的同时室内机会发出信号 (50Hz) , 如果空调器运行无故障, 则信号的频率是不会发生改变的, 此时可断定空调器的控制电路不存在较大的问题和故障, 可重点检查室内外机的传感装置。如果此时空调器无法运转, 其控制电路存在问题, 应进行检查, 方法如下:a.通信电路:将万用表调到250V档位进行检测, 如果检测发现零线与信号线之间存在不稳定电压, 而且室内机上关于通信的指示灯保持闪烁, 则代表通信电路无异常, 反之则代表存在故障。b.功率模块:主要有两种方法, 其一是使用万用表的二极管档进行检测, 万用表的“+”级和U、V、W极的电阻值大小应保持在380~450Ω之内, 而且反方向电流不导通, 此时则可以说明功率模块无异常, 反之存在故障;其二是使用万用表的交流电压档位检测驱动状态下空调器压缩机的实时电压, 任意两个相间的实时电压稳定在0~160v时, 说明功率模块无异常, 反之存在故障。c.电抗器:使用万用表的RX1档位对电抗器进行检测, 正常情况下的绕组阻值应为1Ω左右, 若浮动过大, 则代表电抗器存在故障。d.压缩机:在对其进行检测之前, 应事先使用钳子将U、V、W拔出, 然后对相间电压进行测量, 如果电压值相等, 则代表压缩机工况良好, 反之存在故障。e.电解电容:在空调器中, 电解电容的容量比较大, 最大可以达到2000~4500μF, 在切断电源以后, 仍有一定量的电荷残留, 因此在检测之前应事先使用插头等器件放出电荷, 然后使用万用表的RX10K档位进行检测, 指针的变化过程如果从0缓慢到达∞则说明电解电容无异常, 反之存在故障。f.传感装置:如果出现平率调节异常等故障时, 应先对传感装置进行检测, 多数装置都可以拆下, 肉眼即可观察器件是否存在损伤, 或者是直接用水进行加热, 再用万用表的RX100档位检测其内部阻值大小, 若无变化则可说明该器件无故障, 反之存在故障。

3 总结

总而言之, 变频空调器的出现与应用使家用空调进入了全新的时代, 变频空调虽然功能多、效果好, 但它的控制电路是非常复杂的, 对维修提出了较高的要求, 因此, 相关技术人员应在实践的过程中不断总结经验, 选择简便而有效的方法, 使变频空调的应用更加稳定、可靠。

摘要：变频控制技术在我国获得了快速的发展, 尤其是在空调器当中, 取得的实际效果是非常显著的, 使变频空调的性能和作用更加全面。本文将KFR-50LW/FBPY空调器作为主要研究对象, 分析了该空调器中控制电路的基本组成与原理, 并对其维修技术进行了详细的分析, 旨在为相关技术人员提供准确有效的维修方法, 使变频空调得到更好的应用。

关键词：变频空调,控制电路,电路原理,维修技术

参考文献

[1]肖风明, 王清兰, 朱长庚, 等.变频空调器微电脑控制电路分析与速修技巧[M].北京:机械工业出版社, 2012.

变频电路篇5

上变频电路的作用是将基带信号经过混频变成不同频率的射频信号,射频信号经过滤波、预放大、功率放大通过天线辐射到空间,可以应用于通信、探测及雷达相关领域。本设计中选择ADI公司的数字正交上变频芯片[3](QDUC)AD9957为核心进行设计,输入基带信号的I、Q两路数据进行上变频运算,代替传统的上变频电路。

本设计采用PCI插卡式设计,系统框图如图1所示,采用PLX公司的PCI桥芯片PCI9054做为上位机和板卡的通讯接口,上位机将基带信号以数字形式发送到板级存储器SRAM中,再由FPGA按照时序读取SRAM中存放的数据送到AD9957的18位并行输入端口,AD9957经过上变频后输出调制信号,AD9957输出信号大小为-15dBm左右,放大电路选择飞利浦公司的BGS67A,增益可达25dB@10MHz,所以经过滤波放大电路输出的射频信号大小为10dBm左右。

2 主要器件介绍

2.1 AD9957

AD9957是ADI公司推出的一款正交数字上变频芯片(ODUC),它含有18路I/Q数据通道和14位D/A转换器,具有32位频率分辨率、输入I/Q数据可控、输出信号频率和相位可快速程控切换、器件体积小等优点,对信号进行上变频操作变得简单易行,可以支持无线或有线通信基础设施系统(包括WiMAX应用)中数据传输的简单、低成本高效率的基带上变频。广泛应用于各种通信、仪表仪器和国防应用。

AD9957支持高达400 MHz输出的QDUC,内部集成有高速DDS,内部结构如图2所示。它由并行数据时序和控制逻辑、程序寄存器、反向正弦滤波器、内插级联积分梳状滤波器、内部时钟控制逻辑A/D转换器、数据寄存器和SPI串行通信接口控制器等组成。串行通信控制器有三个控制管脚(SDIO、SDO和SCLK),对AD9957进行配置时,在SCLK的上升沿写入数据,下降沿读取数据。

2.2 FPGA

系统控制以FPGA为中心,上位机为带有PCI插槽的工控机或者普通计算机。上位机通过PCI协议发送命令和数据,FPGA根据相应的指令来配置AD9957的工作方式、存储和读取SRAM的数据、严格按照时序进行工作。FPGA选用XILINX公司的Spart3E系列产品XC3S250E,含有25万逻辑门,满足本系统的设计需求。

2.3 PCI9054

PCI9054是PLX公司生产的一款传统PCI桥芯片,支持32位33MHz的总线速度,芯片含有两个DMA控制器,数据传输速率可以达到132MB/s,本地端时钟可选择。

3 工作过程和SPI接口通信

3.1 QDUC工作过程

AD9957有3种工作模式,单频信号、内插和正交上变频模式。在此选用数字上变频模式,18位I、Q路数据通过并行数据线输入,输入过程以交叉存取的方式进行,即一组18位的I路数据后面紧跟着一组18位的Q路数据,后面再紧跟着一组18位的I路数据,以此类推。对I、Q两路信号同时进行内部采样,采样时钟为AD9957芯片输出的PDCLK时钟。数据通道激活后(即txen管脚有效),必须保证I、Q数据交替传送。

I/Q数据包含了需要发射的基带信号信息,通过主机传到SRAM,再由SRAM中读取出来送至AD9957的并行数据输入口。在数据传输的过程中,采用乒乓结构进行数据写入和读取,保证信号的不间断发射。

3.2 SPI接口配置

AD9957具有SPI串行接口,本设计通过FPGA进行配置。图3为写指令或数据命令格式和读取寄存器的操作时序图,命令序列第1位为读/写控制位,为“1”代表读取寄存器,为“0”代表向命令寄存器中写入数据;中间两位不用,最后5位为寄存器选择,分别选择寄存器A0~A4。AD9957与FPGA的通讯周期分为2个阶段,第1阶段为指令周期,当SCLK为上升沿时,将8位指令依次写入AD9957中;第2阶段为数据传送周期,此时传送AD9957的控制参数,包括工作模式、时钟速率、调制频率等参数。

4 程序设计

本系统程序设计分为三个部分,一是上位机的软件程序设计;二是I/Q数据流生成程序设计;三是FPGA的程序设计。

上位机的软件设计中调用Windriver下PCI9054的驱动进行软件开发,节省了大量的时间,上位机在将数据写入板卡时采用DMA方式乒乓传输,FPGA根据情况给主机发送中断,要求主机发送或者停止发送数据、写入AD9957的控制信息。

本系统采用的是灌数据流的工作方式,所以数据流的生成程序显得尤为重要,针对不同的系统时钟,I/Q数据流的速率要求也不同,本设计中使用MATLAB编写程序生成I/Q数据流文件,再由上位机写入板卡上的SRAM存储器。FPGA程序采用VHDL语言设计,内容包括与主机通讯模块、SPI口模块、读写SRAM数据模块、计数模块等,在设计中力求程序模块化,提高整个程序的稳定性和可靠性。

5 结束语

采用灌数据流的工作方式是本设计的一个特色之处,与以往的DDS控制产生激励源有很大的不同,可以提高输出信号的信杂比、杂散特性等,具有很好的可推广性。据笔者测试,该系统输出信号信杂比优于75dB,无杂散动态范围优于80dB,有着非常广阔的应用前景。AD9957作为上变频电路的核心,具有高稳定性、高精度、高分辨率、低功耗等优点,是上变频电路的发展方向,在雷达、通讯与测量等许多方面都有重要的应用价值。

摘要：用数字方式实现雷达目标模拟信号的上变频处理已经成为一项重要技术,应用也越来越广泛。AD9957是ADI公司推出的一款高性能数字正交上变频器件。基于FPGA和AD9957实现上变频电路的PCI板卡设计,结构简洁,通用性好,能满足多种制式基带信号的上变频处理。

关键词：数字上变频,AD9957,PCI

参考文献

[1]AD9957 Data Sheet[M].Analog Devices,Inc.2006.

[2]PCI 9054 Data Book Version 2.1[M].2000.

变频电路篇6

关键词：大功率变频器,主电路,皮带输送机,变频调速

1 矿用防爆变频器主回路的构成及工作原理

1.1 变频器主回路的构成

变频器的主回路主要是由整流电路、滤波电路、限流电路、逆变电路、制动电路和检测电路的传感器部分组成的。

1.2 变频调速原理

(1) 变频器的功用。变频器的功用就是把频率固定的交流电变换成为频率连续可调的三相交流电。

(2) 变频调速的工作原理。根据公式:n0=60f/p (n0为同步转速, f为频率, p为极对数) 可知当频率f连续可调时 (p为定值) , 电动机的同步转速也连续可调。又因为异步电机的转子转速总是要比同步转速略低一些, 因此, 当同步转速连续可调时, 转子的转速也连续可调。

2 矿用防爆变频器主电路设计

本文针对煤矿的主皮带运输机的使用, 设计了660V矿用防爆变频器主电路。采用交流变直流再变交流的工作形式, 660V电源电压经过整流电路后, 再进行直流滤波处理, 然后进入三相逆变桥电路, 最后输出三相交流电压, 作为电机的主供电。控制系统接收到逆变桥与电机间的霍尔电流传感器反馈的变频器对电机的供电情况之后, 控制系统将采集到的各种不同数据进行计算分析、对比, 然后自动对死区宽度进行增大或者减小处理来控制功率的供应。

2.1 整流电路的设计

所谓整流电路就是将交流转变为直流的电路。多数情况下, 负载不能够直接利用电网系统中的三相交流电, 必须将其转换成能够被负载利用的稳定的直流。按照电路的控制设计, 整流电路可以分为以下三种:

(1) 全控整流电路;

(2) 半控制整流电路;

(3) 不可控制整流电路。

2.2 滤波电路的设计

变频器接收到的整流过后的电压依然不可能是平直的直流电压, 在这里直流滤波电路起到的作用就是将该部分电压中的交流部分滤掉, 将平直的直流部分电压输出给负载, 供负载工作。

滤波电路的设计如图1所示。

如图电路中将电感器串联在电路中, 将滤波电容并联在电路中, 串联在电路中电感阻抗Z=2∏f L与频率成正比。

电路中, 滤波电容的选择是在直流电流脉冲最严的条件下, 保证了电路中电压脉冲工作的容许范围。

2.3 逆变电路的设计

在矿用防爆大功率变频器中, 负载是三相电动机, 因此需要通过三相逆变器为其提供正弦交流电。三相逆变器有以下两种构成方式:

(1) 通过三个单相逆变桥按照一定顺序组成一个平衡的三相交流电源。这中结构的特点是需要的原件多, 空间大, 不方便在矿井中使用。

(2) 采用德国公司的IGBT模块, 将三个IGBT模块构建成一个三相逆变器。其输出的电压和电流波形基本上是平滑的正弦波, 满足三相交流电动机的工作要求。

2.4 限流电路的设计

在变频器刚合上电源的瞬间, 滤波电容器的充电电流是非常大的。过大的冲击电流可能会使三相整流桥的二极管损坏;同时, 也会使电源电压瞬间下降而受到“污染”。

为了减小冲击电流, 在变频器刚接通电源后的一段时间之内, 电路内串入限流电阻, 这样是为了将电容器的充电电流限制在可允许范围之内。

2.5 制动电路的设计

由CPU根据直流回路电压检测信号, 发送制动动作的指令, 经过普通光耦或驱动光耦控制制动开关管的通断。制动指令可能为脉冲信号, 也可能为直流电压信号。

由直流回路电压检测电路, 处理成直流开关量信号, 直接控制光耦器件, 进而控制制动开关管的开通和断开。

3 变频器主电路的故障分析

变频器没有显示、高压指示灯不亮、PN之间没有直流电压, 都属于主回路无输出直流电压。一方面是因为限流电阻损坏开路造成的, 使滤波电路没有脉动直流电压输入。另一方面是因为整流模块损坏, 整流电路没有脉动直流电压输出所致的。此时不能简单的更换整流模块, 还要进一步查找整流模块损坏的原因。整流模块损坏可能是主回路出现短路现象或者自身老化自然损坏导致整流模块损坏。

3.1 过电压类故障

过电压出现警报一般是在停机时, 其主要是因为减速时间太短或者制动单元及制动电阻有问题。

3.2 过电流故障

(1) 重新起动时, 一升速就跳闸。这是过电流非常严重的现象, 主要原因为:负载短路, 机械部位有卡堵;电动机的负载突变, 引起的冲击过大;逆变模块损坏;电动机的转矩过小等。

(2) 一上电就跳闸, 一般这种现象不能复位, 主要原因为:驱动电路损坏、模块损坏、电流检测电路损坏。

(3) 重新起动时不会跳闸, 但是在加速时会跳闸, 主要原因为:电流上限设置太小、加速时间设置太短、转矩补偿 (U/F) 设定较高。

(4) 电动机和电动机电缆相间或者每相对地的破坏, 导致匝间或相间对地短路, 因此导致过电流。

(5) 过电流故障和电动机的漏阻抗、电动机电缆的耦合电抗有关系, 因此在选择电动机电缆是一定要按照要求去选择。

(6) 在装有测速编码器时, 速度反馈的信号丢失或者不正常时, 也会引起过电流, 就要检查编码器及其电缆。

(7) 变频器自身工作的非正常。

参考文献

变频电路篇7

关键词：变频空调,开关电源,开关芯片,应用环境

引言

变频空调是时代发展趋势, 已经逐步普及走进千家万户, 空调除了具有基本的制冷、制热作用外, 其功能日益多样化。要求也提高:节能、环保、舒适、低分贝、用户触控体验效果。实现这些功能离不开高可靠性的控制器系统, 其中开关电源供电系统在控制器中承担关键作用, 为各电路正常工作提供电源, 使各单元电路按照整体系统设计控制目标完成相应的控制、检测、保护等, 完成空调各种功能如制冷、制热、扫风、显示等的目的, 以实现空调舒适、完美体验。

作为空调中控制器中的重要电路, 开关电源部分一旦发生故障, 将导致空调整体功能失效, 而且维修需要全机导通检测, 维修麻烦、难度高, 维修成本高, 严重时可能导致控制器爆板, 空调整机烧毁, 造成严重的安全事故。因此研究开关电源电路、开关芯片炸失效模式、失效机理非常重要, 采取有效方案解决全面提升开关电源电路整体工作的可靠性, 从而降低其售后故障率, 减少控制器维修成本, 提高消费者对品牌的满意度具有十分重要的意义。

经对开关芯片失效模式、失效数据进行统计分析发现我司三款开关芯片售后均有失效。开关电源电路芯片炸等失效一直也是空调甚至整个行业长期存在难题, 均未有有效的解决方案, 经过大量对器件核心参数、整机开关电源电路实验验证分析测试开关波形发现为变压器在高温高湿条件下, 离散的发生了磁饱和导致开关芯片炸, 最终采取有效方案解决问题。该方案对空调等行业在开关电源电路设计提供设计开发思路借鉴与参考。

1 事件背景

变频空调控制系统用控制器在实际应用一段时间后出现主板失效问题, 经过大量数据统计分析及实际主板失效分析确定是开关电源电路中的开关芯片炸失效导致, 经过多年的跟踪空调实际应用维修数据, 因开关芯片炸失效导致售后投诉单数达268单, 占整个控制器售后故障率15.9%, 控制器售后大比例失效严重影响空调整体产品质量及用户实际体验效果。问题急需进行分析研究解决。

2 芯片失效原因及失效机理分析

2.1 开关芯片失效检测分析

将安森美、三肯开关芯片炸主板多次寄给对应厂家分析, 及各厂家现场来司协助分析, 一致认为开关芯片炸主要还是漏极过电冲击损伤导致击穿失效, 是芯片本身质量问题还是电路设计问题, 经过分析不排除芯片本身质量、开关电源磁饱和、高频变压器器件异常、主板使用工作环境等因素导致。

开关芯片失效开封图片如下图1。

2.2 各厂家开关芯片极限参数测试

售后开关电源电路中开关芯片炸失效, 经过对器件失效分析为过电击穿失效, 售后应用出现大概率失效不可能全部是用户电源出现异常, 是否是芯片抗极限耐压及浪涌冲击能力较差。三个厂家开关芯片在售后均出现失效 (使用开关芯片信息如表1) , 其中安森美开关芯片失效最多, 是否是各厂家芯片极限耐压整体偏低, 存在差异性。带着这些疑问对各厂家使用开关芯片进行极限参数杜比分析, 通过对售后失效器件对应开关芯片进行核心参数分析及相关数据测试结果表明, ON、三肯、科汇厂家开关芯片极限耐压均可以达到700V, 其中三肯开关芯片极限耐压最高达820V, 平均在760V。科汇开关芯片相对较差 (极限耐压对比测试数据如下表2) 。

通过器件单体核心参数检测对比, 器件方面差异没有较大明显区别。售后突出失效与开关芯片可能没有直接关系。

2.3 磁饱和分析

开关芯片炸失效经过对器件相关参数, 可靠性对比分析, 可能不是开关芯片本身问题, 开关电源设计考虑是整个系统设计, 非单个器件。出现开关芯片炸失效是否是电路设计存在问题, 是否是出现磁饱和。

我们知道开关电源磁饱和与电路中相关器件配合等有直接关系, 开关芯片、高频变压器、输入电源、应用环境等都是影响开关电源可靠性关键问题。开关芯片失效是否与磁饱和有关, 如果是是哪些因素影响导致, 针对产生众多个疑问开关全面分析验证。

2.3.1 常态环境

常态环境电路与高频变压器 (12年底整改后制品) 搭配后, 测试Vds漏极电流最高峰值约800mA, 未发现磁饱和现象.即未出现过流, Vds多次验证未出现超过600V及以上电压, 即未出现过压。 (测试波形图片如下图2)

常态环境:通过将售后多单故障件交给厂家分析及来司现场分析, 常态条件下对开关芯片漏极电流波形检测没有发现存在磁饱和异常, 但是从检测波形看, 电流峰值逐渐接近磁饱和, 特别是安森美厂家开关芯片对应电路。

2.3.2 高温高湿环境

高频变压器使用磁性材料为铁氧体, 由于磁材特性当环境温度达到一定温度后磁性有衰退现象, 会出现退磁, 可能会导致出现磁饱和异常, 导致开关芯片炸失效, 统计数据售后失效控制器多为8、9月份, 当时空调运行环境温度比较高, 这个可能是个因素。

磁材磁性一致性不好, 或是高频变压器预留抗饱和度余量低, 在高温下提前出现退磁, 也是会影响开关芯片正常工作。空调实际应用中出现开关芯片炸失效具体是什么原因失效, 是受温度、湿度影响还是综合影响导致结果, 针对问题展开全面验证分析, 测试开关芯片漏极电流波形如下图3、4。

高温高湿环境:控制器整机高温高湿环境下, 开机后开关芯片工作瞬间检测开关芯片漏极电流波形出现低概率的磁饱和现象, 经过测试开关波形发现为变压器在高温高湿条件下, 离散的发生了磁饱和导致开关芯片炸。

2.3.3 分析总结

磁饱和异常与厂家多次交流分析讨论, 逐一排查磁性材料、电感线圈绕线工艺等异常将问题锁定在开关电源电路抗磁饱和设计余量上, 最终确定整改方案:调整高频变压器初次级匝数, 通过增加线圈匝数降低了Bsat值提高高频变压器抗磁饱和强度, 进而解决高频变压器产生磁饱和异常问题。

3 开关芯片失效整改措施

3.1 开关芯片失效解决方案

解决方法:调整高频变压器初次级匝数 (具体调整线圈匝数如下图5、6) , 通过增加线圈匝数, 降低了Bsat值提高高频变压器抗磁饱和强度, 进而解决高频变压器产生磁饱和异常。整改内容具体方案调整:43110329---4311032901/2/3

4 整改效果评估及应用效果验证

新制品经过整机验证测试抗磁饱和强度大幅度提升, 经过实际验证显示即使再次出现售后恶劣使用环境, 也不会出现磁饱和异常, 电路设计整改后实际试验测试验证抗磁饱和强度提升40%, 有效解决问题。长期跟踪过程及售后失效率为零, 实际整改效果显著。整改后高温高湿环境芯片漏极电流波形检测如下图7。

5 开关芯片失效整改总结及意义

本次售后大批出现开关芯片失效属于开关电源电路设计缺陷, 在电路设计开发时未能有效考虑到实际设计开关电源电路非常规条件下磁饱和问题导致实际应用中出现重大质量问题, 本次整改从整体提升开关电源设计可靠性角度出发具体为调整高频变压器初次级匝数, 通过增加线圈匝数, 降低了Bsat值有效提高高频变压器抗磁饱和强度, 进而有效解决高频变压器产生磁饱和问题。

参考文献

[1]胡晓辰.高频变压器磁饱和电流测量技术研究[J].河北科技大学.2013-05-26