一、電路構成和原理簡(jiǎn)析
電壓檢測電路，是變頻器故障檢測電路中的一個(gè)重要組成部分，旨在保障使IGBT逆變電路的工作電源電壓在一特定安全范圍以?xún)?，若工作電源危及IGBT（包含電源本身的儲通電容）器件的安全時(shí)，實(shí)施故障報警、使制動(dòng)電路投入工作、停機保護等措施。此外，少數機型還有對輸出電壓的檢測，在一定程度上，起到對IGBT導通管壓降檢測的同樣作用，取代驅動(dòng)電路中IGBT的管壓降檢測電路。
1、電壓檢測電路的構成、電壓采樣方式及故障表現
圖1 電路檢測電路的構成（信號流程）框圖
1、電壓檢測電路的電壓采樣形式（前級電路）
1）直接對DC530V電壓采樣
圖2 DC530V電壓檢測電路之一
直接對P、N端DC530V整流后電源電壓進(jìn)行進(jìn)行采樣，形成電壓檢測信號。如阿爾法ALPHA2000型18.5kW變頻器的電壓檢測電路，如圖2所示。
電路中U14線(xiàn)性光耦合器的輸入側供電，由開(kāi)關(guān)變壓器的獨立繞組提供的交流電壓，經(jīng)整流濾波、由78L05穩壓處理得到5V電源所提供，電源地端與主電路N端同電位。輸出側供電，則由主板+5V所提供。
直流回路P、N端的DC530V電壓，直接經(jīng)電阻分壓，取得約120mV的分壓信號，輸入U14（線(xiàn)性光耦合器，其工作原理前文已述）進(jìn)行光、電隔離與線(xiàn)性放大后，在輸出端得到放大了的檢測電壓信號，再由LF353減法放大器進(jìn)一步放大，形成VPN直流電壓檢測信號，經(jīng)CNN1端子，送入MCU主板上的電壓檢測后級電路。
2）由開(kāi)關(guān)變壓器次級繞組取得采樣電路信號
圖3 DC530V電壓檢測電路之二
圖4 直流回路電壓采樣等效電路及波型示意圖
主電路的DC550V直流電壓檢測信號，并不是從主電路的P、N端直接取得，而是“間接”從開(kāi)關(guān)電源的二次繞組取出，這是曾經(jīng)令一些檢修人員感到困惑、找不到電壓檢測信號是從何處取出的一件事情，也成為該部分電路檢修的一個(gè)障礙。電壓采樣電路如上圖4所示。
在開(kāi)關(guān)管VT截止期間，開(kāi)關(guān)變壓器TRAN中儲存的磁能量，由次級電路進(jìn)行整流濾波得到+5V工作電源，釋放給負載電路；在VT飽和導通期間，TC2從電源吸取能量進(jìn)行儲存。
N3二級繞組上產(chǎn)生的電磁感應電壓，正向脈沖出現的時(shí)刻對應開(kāi)關(guān)管的截止時(shí)間，寬度較大，幅值較低，經(jīng)二極管D12正向整流后提供負載電路的供電，有電流釋放回路；反向脈沖出現的時(shí)刻對應開(kāi)關(guān)管的飽和導通時(shí)間，寬度極窄，但并不提供電流輸出，回路的時(shí)間常數較大（不是作為供電電源應用，只是由R、C電路取得電壓檢測信號），故能在電容C17上維持較高的幅值。開(kāi)關(guān)管VT飽合導通時(shí)，相當于將N1繞組直接接入530V電源，因而在同一時(shí)刻N3繞組此時(shí)所感應的負向脈沖電壓，是直接反映N1繞組供電電壓高低的，并與其成線(xiàn)性比例關(guān)系——N3繞組感應電壓的高低，僅僅取決于N1、N3繞組的匝數比。整流二極管D12和D11接于同一個(gè)次級繞組上，D12將“大面積低幅度”的正向脈沖整流作為+5V供電，而D11卻將“小面積而幅度高”的負向脈沖做負向整流后，經(jīng)R20、R18、R19、C19、C17等元件簡(jiǎn)單濾波處理后，將此能反映一次主繞級供電高低的-42V電壓信號，作為直流回電壓的檢測信號，送入MCU主板電路，供顯示直流電壓值和參與CPU程序控制之用。
直流電壓檢測電路與其它輸出電源電壓電路的顯著(zhù)不同，1）在于該電路整流電壓的輸出端無(wú)大容量濾波（電解）電容；2）輸出電壓回路中串接有數千歐姆或數十千歐姆的大阻值電阻。顯然該路輸出電壓不能用作供電電源。3）同一繞組所整流得出的供電電源電壓值，要數倍低于檢測電壓值。這是判斷該電路為直流電壓檢測信號輸出電路的3種依據。
3）通過(guò)對充電接觸器輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)檢測，間接作出對直流回路是否正常的邏輯判斷
上篇博文，在海利普HLP-P型15kW變頻器電壓檢測電路原理及檢修一文中，已作出詳細的分析，當充電接觸器未正常作出吸合動(dòng)作，表現為輔助常開(kāi)閉點(diǎn)沒(méi)有在電容充電結束后，接觸良好，檢測信號輸入MCU引腳后，MCU經(jīng)邏輯分析，判斷充電接觸器的未正常動(dòng)作，因而直流回路的供電電壓“肯定”也是不正常的，因而有時(shí)檢測充電接觸器的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)未閉合時(shí)，也會(huì )報出“直流回路欠電壓”故障。
3）三相輸入電源電壓的檢測電路
部分機型有了DC530V的電壓檢測，就省略了對3相輸入電壓的斷相檢測（DC530V的高低一定程度上也反映了三相電壓電源電壓的輸入狀況），有些機型的電壓檢測電路，則“面面俱到”，檢測電路比較完善。
圖5 三相輸入電源電壓檢測電路
三相輸入電源電壓檢測電路，將R、S、T端輸入的電源電壓先經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò )降壓/限流，再經(jīng)橋式整流電路變?yōu)榱^300Hz脈動(dòng)直流，送入光耦合器輸入側，3相電源正常時(shí)，光耦輸出側為六波頭300Hz的脈沖直流信號，或認為J2端子的35腳一直為低電平；電源任缺一相時(shí)，光耦輸出側為四波頭200Hz的電壓信號，或認為J2的35端子有出現高電平的時(shí)刻，經(jīng)后級電路處理送入MCU，MCU判斷缺相故障，報警并停機保護。光耦合器U15的輸入側串入穩壓管Z19，使U15輸出信號的動(dòng)作“干脆利落”，對三相電源電壓的不平衡也有檢測作用。檢測電路將輸入模擬信號轉化為映波頭數目的“數字信號形式”，利于MCU的檢測和判斷。
4）3相輸出電壓/頻率檢測電路
3相輸出電壓檢測電路，在少數變頻器產(chǎn)品中有采用。其主要作用，是檢測逆變電路的輸出狀態(tài)，由此起到對IGBT的保護作用，如同驅動(dòng)電路的IGBT管壓降檢測與保護電路一樣。有些變頻器，驅動(dòng)電路沒(méi)有IGBT管壓降檢測保護電路，對IGBT的保護，一定程度上依賴(lài)于三相輸出電壓檢測電路——三相輸出電壓信號經(jīng)電路轉變?yōu)檩敵鲱l率信號，再輸入MCU，起到對逆變電路的6只IGBT是否正常工作的判斷。
圖6 輸出電壓/頻率檢測電路
這是一個(gè)典型儀用放大器的電路結構，N1、N2、N3前三級電路構成了雙端輸入、單端輸出的差動(dòng)放大電路，第四級接成反相放大器，將信號放大到一定幅度后推動(dòng)U7光電耦合器。U、W輸出端電壓信號經(jīng)R31、R34降壓，D16、D17雙向限幅，C17濾掉了高頻載波信號，將信號還原為兩相電壓信號，加入N1、N2、N3組成的差動(dòng)放大電路，再經(jīng)N4放大后推動(dòng)U7輸出。N1、N2、N3電路又是V相電壓信號的合成電路，輸入的U、W兩相信號中，包含了V相電壓信號，經(jīng)N1、N2、N3電路的合成作用，實(shí)際上N3輸出的是表征著(zhù)V相頻率與時(shí)間基準的脈沖信號。耦合電容E13起到了隔直通交及對信號進(jìn)行零電平“置位”的作用，以適應N4單電源供電電路的要求，N4則相當于一個(gè)整形電路，將N3輸出信號整形為矩形脈沖信號輸出，以驅動(dòng)光電耦合器U7。當U7輸出的信號滿(mǎn)足要求時(shí)，說(shuō)明U、V、W三相輸出都是正常的。U7的輸出信號反映了三相電壓的輸出狀態(tài)，此信號輸入到CPU，與內部時(shí)間基準相比較，通對脈沖計數的時(shí)間比對，從面可判斷出是否存在輸出缺相（d.f.）故障。故障時(shí)可實(shí)施停機保護。
（試分析）因輸入端D16、D17兩只二極管的嵌位作用，電路本身并不是用來(lái)對輸入信號進(jìn)行放大的，而是實(shí)現了對三相脈沖信號的合成作用。電路輸出的脈沖信號，并不是表征著(zhù)輸出電壓幅度的模擬電壓信號，而是表征著(zhù)輸出頻率的脈沖信號。電路是通過(guò)電壓信號檢測輸出頻率，相當于完成了 “模/數”轉換的作用，將輸入模擬電壓信號，轉變化“脈沖信號”輸出。輸出信號用于對逆變輸出電路的檢測，當逆變輸出電路中某一臂IGBT在故障狀態(tài)時(shí)，報出缺相故障，并實(shí)施停機保護。
2、電壓檢測電路的后級電路
電壓檢測電路的后級電路對信號的處理方式，同電流檢測電路對信號的處理方式基本是相同的。
1）由前級電路送來(lái)的電壓檢測信號，進(jìn)一步經(jīng)模擬放大，或電壓跟隨，輸入MCU相關(guān)引腳，供運行電壓顯示、過(guò)、欠壓時(shí)延時(shí)報警。
2）以梯級電壓比較器電路，將輸入模擬電壓信號轉化為兩個(gè)開(kāi)關(guān)量報警信號，送入MCU相關(guān)引腳，用于啟動(dòng)直流制動(dòng)電路、過(guò)壓時(shí)保護停機。
電路實(shí)例的分析見(jiàn)下文。
3、電壓檢測電路的報警內容和故障表現
1）報警內容
LU：直流回路電壓（直流高壓側）過(guò)低；O U：直流回路電壓（直流高壓側）過(guò)高；HOU：瞬態(tài)過(guò)壓；SOU：穩態(tài)過(guò)壓；SLU：穩態(tài)欠壓；ILP：R、S、T輸入有缺相；OLP：U、V、W輸出有缺相；主電路接觸器未正常動(dòng)作，等等。
2）若開(kāi)關(guān)量信號硬件電路故障時(shí)，上電即報警，無(wú)法復位；模擬量信號誤報警，一般可以復位的。當輸入電源（直流回路DC530V）異常、充電接觸器上電后未正常動(dòng)作時(shí)，在上電、起動(dòng)、停機過(guò)程中、運行中，均有可能報出1）中的各種故障內容。
下文結合實(shí)際電路，講解故障檢修方法。
二、7.5kW變頻器電壓檢測與保護電路
該機型的電壓檢測電路共分三部分：輸入電源電壓檢測電路、輸出電壓檢測電路和直流電壓（有時(shí)稱(chēng)高壓側，有時(shí)稱(chēng)直流母線(xiàn)）檢測電路，對信號的作用、報警內容和故障信號屏蔽方法各有不同。
1、R、S、T輸入電源電壓檢測電路，電源原理在上文（見(jiàn)圖5后文）已有說(shuō)明，此處從略。
圖7三相輸入電源電壓檢測電路
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