变频器的控制端子电路分析与维修

1变频器的控制端子电路分析与维修变频器的控制端子电路，也在CPU主板上，为主板电路内容之一。因为与外部控制线路相连接，由外部引入异常电压造成的故障率也较高，是维修工作中经常要接触到的电路。变频器的控制端子，以电路性质来分，可分为数字控制端子和模拟控制端子两大类；以信号的输入、输出来分，可分为输入信号端子和输出信号端子；以信号性质来分，可分为开关量信号、模块量信号和脉冲信号三种。下面以海利普HLP-P型5.5kW变频器控制端子电路为例，给出电路分析和维修参考。1、数字控制端子——数字信号输入端子PC524P3.7/AD7/PBUS.7+5VP181R140103SPHC64R139512EV12VDOM12G数字端子控制电源R130222U2/CPUEE87C196MH9UU20EVPC625P3.6/AD6/PBUS.6+5VP181R142103RSTC65R141512R131222EVPC526P3.5/AD5/PBUS.5+5VP181R144103REVC66R143512R132222EVPC827P3.4/AD4/PBUS.4+5VP181R146103FORC67R145512R133222EVPC354P0.6/ACH6/T1CLK/PMODE.2+5VP181R136103SPLC62R135512R128222EVPC453P0.7/ACH7/T1DIR/PMODE.3+5VP181R138103SPMC63R137512R129222EV++L10L9C71C8100u25V100u25V图1：数字信号输入端子电路2数字信号输入端子电路，一般为光耦合器组成的电路，其特点是光耦合器的输入、输出侧需两路不“共地”的隔离电源，本电路输入侧供电为12V，数字信号的公共端为DOM端子。由开关电源输出的12V，经C8、L10、C71滤波，标记为控制电压EV；输出侧采用主板+5V供电。数字信号输入端子，可对变频器完成起动、停止、复位、多段速运行等控制，各端子作用有固定（出厂时默认）的控制功能，本电路都为多功能或称为编程控制端子，每个端子的控制作用可用参数灵活设置。以SPH端子电路为例，看一下输入电流是如何产生的。当SPH端子由外部控制电路（开关元件）与DCM连接时，形成了EV（控制电源正极）至光电耦合器PC5的输入侧1脚→输入侧2脚→R141→外部控制电路→DCM（控制电源负极）的电流通路，PC5因输入侧二极管得电发光，输出侧光敏三极管导通，将低电平的（约为0V）信号电压输入CPU的24脚；当外部控制电路断开时，PC5输入电流为零，CPU的24脚又变为静态高电平（为5V）。换言之，输入信号生效时，CPU信号输入脚变为0V，无信号输入时，CPU信号输入脚为5V，输入信号呈现0和1的数字逻辑关系。通过参数设置，也可将数字输入信号端子，设置为脉冲信号输入，如用作对输入脉冲计数，以控制转速输出等。当外部控制电路正常，变频器的相关控制参数的设置也正确时，变频器对输入信号不能作出正常反应，有可能是输入端子电路的问题了。先检查光耦合器输入侧、输出侧的供电电源，确定控制电源正常后，再进行以下检查。数字输入信号端子电路的检测也非常方便（仍以SPH端子电路为例），当短接SPH与DCM端子时，测量PC5输入侧的1、2脚应有1.2V电压值，若此电压等于12V，说明光耦合器输入侧已经开路，若为0V（以DCM为基准测试点），说明输入回路有断路或PC5输入侧已经击穿损坏。进一步检测当PC5为1.2V时，输出侧应为0V（以+5V电源地为基准测试点），若仍为+5V，说明PC5输出测三极管已经有开路性损坏。2、数字控制端子——数字信号输出端子数字信号输出端子有两种类型，一为开关量信号输出端子，输出继电器触点信号（也称为无源触点信号），触点输出电路形式有很好的电气隔离度，对外部控制线路的电压级别和高低，均无要求，可用于外接指示灯、继电器等，用于运行指示或故障示警。该类输出触点有两组，由CPU的17、18引脚输出开关量信号（5V或0V）控制三极管T3、T4的导通和截止，进而驱动继电器EDQ1和EDQ2的吸合和释放，控制其触点作出相应动作，本电路的输出信号内容也为可编程设置。继电器电源也由+5V提供，其它变频器一般都是24V供电的。下图中的T3、T4三极管工作于开关状态，相当于继电器的一个电源开关。继电器两端3并联有二极管D26、D27，用于吸收继电器开断瞬间感生的反向电压，以保护三极管的安全。+5VEDQ1FBFCFAR134512EDQ1JZC-32FD27数字信号输出端子:+5VP4.1/AD9/PBUS.920PC1P127R148331EVD29UPFDCMR127T3102P4.4/AD12/PBUS.1217U2/CPUEE87C196MH9UU20+5VR126512EDQ2JZC-32FD26R149T4102P4.3/AD11/PBUS.1118EDQ2KAFB+5VP4.0/AD8/PBUS.821PC2P127R147331EVD28DRVDCM图2：数字信号输出端子电路继电器驱动电路的三极管，因流通较大驱动电源，实际检修中可能会碰到三极管短路或断路的故障。正常状态下，若EDQ1输出的为运行信号，当启动变频器时，测T3的基极应为4.3V左右，停止变频器后，测量T3基极电压应上升为5V，测量R127的左端，运行和停机时的电压，应分别为0V和5V。测量R127的左端电压变化，可以确定CPU来的控制信号是否正常，测量T3的基极电压或发射结电压，可以确定T3是否正常。当发射结电压远远大于0.7V时，说明三极管的发射结已经开路。该电路损坏后，表现为误输出故障或运行信号（上电后触点一直闭合），或不能正常输出运行或故障信号（应该有触点动作信号输出时，触点一直不能闭合）。数字信号输出端子的另一电路类型，开路集电极输出电路，用户可以外接继电器转化为触点信号输出，因元件参数限制（光耦合器），对外部控制电路的供电电压和负载能力是有限制的，一般外接控制电压为24V以内，负载回路电流在100mA以下。采用开路集电极输出，输出常规开关量信号是没有优势的，但其好处是通过参数设置，可以实现脉冲信号输出，如输出对应运转频率的脉冲信号，可挂接数字计数器，显示运转频率。其检修方法同上。3、模拟控制端子——模拟信号输入端子模拟控制信号输入端子，即是用模拟信号，给出频率指令，用于控制变频器的输出频率。模拟信号，一般有0~10V，和0/4~20mA两种类型，前者需要一个10V调节电源，一般由变4频器内部电路供给，由+10V端子输出，供外接调速电位器；后者往往接收来自外部控制仪表的电流信号，用于调速，或运行于PID闭环控制。图3为+10V调节电源的电路。ACML6/L2-+109U141/4LM3248R121103+5VC61R24103R122103C59R123101R125100C60+10L4模拟信号地10V调速电源+15V-15V图3调速电源电路这是一个电压跟随器的“变形”电路，放大器的9脚引入由R122和R24的分压值，放大器10脚可看作是一个5V基准电压端，电路两输入脚电压比较输出的结果，是使9脚分压值等于10脚基准电压，即R123的左端电压为10V时，电路的输出达到平衡。电路具有稳压或者说是电压伺服效果，无论外部负载电路的负载如何变化，R123左端的电压输出总是（2倍压）跟踪于较为稳定的基准电压，应该说，电路的动态稳压性能，还算比较优良。+10V调节电源的电路形式，在其它变频器中还有多种电路形式，如将+15V电压串联一个低压差7810稳压器，或将电阻降压、稳压二极管的电路形式，得到10V输出，更多的电路形式是采用LM317可调稳压IC或TL431基准电压源，通过器件电压基准端的分压电阻的取值，得到10V调节电源。该电路由于外部引线的原因，常常会误引入异常电压（如交流220V甚至于雷击电压）或使电源端子长时间对模拟信号公共地短路，致使内部电路损坏。故障表现外调速电位器调速失效，用万用表测量+10端子，电路为0V或为一不稳定值，可以确定是内部10V调节电源电路损坏。常规修理方法是检查损坏元件，换新修复。如修复时间紧迫，可从主板上15V电源，加7810稳压块或采用简单电阻降压、稳压二极管稳压的电路，应急修复，一般不会影响正常使用。下图4为模拟信号输入的实际电路，上部电路为0~10V电压（调速）信号输入电路，下部电路为0/4~20mA电流（调速）信号输入电路。电路的基本形式也为电压跟随器，因为CPU芯片的电源和输入/出电压范围为0~5V，输入0~10V电压，先由R115、R114分压为0~5V电压值，再输入放大器的同相输入端，从输出端D23的负端整流电压，作0~5V的跟随输出。二极管D22用于输出电压最大值嵌位（电路异常输出时将输出值嵌位于5.5V），以保护CPU的安全，输出电路再经C、R、C滤波电路滤除干扰，进入CPU引脚，经内部A/D转换，控制频率输出。5电路输入信号的电路形式同电压输入电路是基本上是一样的，只是在输入端与地之间并接了R105、R106两只串联阻值为250Ω的两只电阻。经常有网友问，如何将0~20mA电流信号转化为0~5V电压信号啊？哎，这个转化电路其实简单得很！这两只电阻就是将输入0~20mA电流信号转化为0~5V电压信号的转化电路，0~20mA电流信号流经两只串联电路，在R105的上端，就变为了0~5V的输入电压信号，输入电流为20mA时，两只串联电阻上的电压降为0.02×250=5V，这是电流流经电阻产生电压降的原理，从基本的欧姆定律推导而来，毫不出奇的。-+141213LM324VI222U141/4R112222C52R137+5V0-+10VR111102L1103R115R114103C53R103103D23D22C54P.4/ACH4/PMODE.058-+132LM324AI222U141/4R109222C48R108+5V0-20mAR110102L3103R106R107105C50R102103D25D24C51P.3/ACH359R105121R104131图4模拟电压/模拟电流信号输入端子电路4、模拟控制端子——模拟电压信号输出端子P6.6/PWM077-+756U141/4LM324R117103C54R120101可编程模拟信号输出R1181002R119103C56AMC58R116103C55C57L5图5模拟电压信号输出电路上图为模拟信号电压输出电路，一般规定输出值为0~10V，可外接受10V指针电压表头，用于显示输出转速、输出电压、输出电流等监控内容，至于显示何种内容，根据用户需要，可由参数设置，因此也称为可编程模拟电压输出端子。虽然输出端子输出的电压经以上R、C滤波电路处理为较为平稳的直流电压，但CPU的77脚输出的却是PWM调宽脉冲信号，CPU是通过调节输出脉冲宽度的占空比，来调节输出电压值的。因为是运算放大器直接输出，又有R120限流的因素存在，电路最大输出电流能力是有限的，约为几毫安以内。当外接负载过大或输出端对模拟地公共端短路时，有可能造成运算放大器的损坏，变频器工作时，测量AM端子直流电压值为0V或较低，检查损坏元件进行修复。5、RS485通讯端子电路6这是一个较为特殊的信号端子，其它信号端子的信号都是单向传输的，或输入或输出，该信号端子的信号是双向传输的总线方式。P1.2/TXD148+5VRS+RS-RS485端子P1.3/RXD147U31327864575476BR85512R84100R864701R874701P2.7/SCLK1#/BCLK170+5VC17C45100R83C44图6RS485通讯端子电路变频器与变频器之间，变频器与PLC之间，只有RS485通讯方式，接线方式简洁，只有两线，抗干扰性能好，可以远距离传输，如果以PLC作为上位机（主机），一般最多与可32台变频器同时通讯，控制32台变频器的起、停和调速，并上传变频器的运行或故障数据。一般采用半双工通