變頻器的控制端子電路分析與維修
變頻器的控制端子電路，也在CPU主板上，為主板電路內容之一。因為與外部控制線(xiàn)路相連接，由外部引入異常電壓造成的故障率也較高，是維修工作中經(jīng)常要接觸到的電路。
變頻器的控制端子，以電路性質(zhì)來(lái)分，可分為數字控制端子和模擬控制端子兩大類(lèi)；以信號的輸入、輸出來(lái)分，可分為輸入信號端子和輸出信號端子；以信號性質(zhì)來(lái)分，可分為開(kāi)關(guān)量信號、模塊量信號和脈沖信號三種。下面以海利普HLP-P型5.5kW變頻器控制端子電路為例，給出電路分析和維修參考。
1、數字控制端子——數字信號輸入端子
圖1：數字信號輸入端子電路
數字信號輸入端子電路，一般為光耦合器組成的電路，其特點(diǎn)是光耦合器的輸入、輸出側需兩路不“共地”的隔離電源，本電路輸入側供電為12V，數字信號的公共端為DOM端子。由開(kāi)關(guān)電源輸出的12V，經(jīng)C8、L10、C71濾波，標記為控制電壓EV；輸出側采用主板+5V供電。
數字信號輸入端子，可對變頻器完成起動(dòng)、停止、復位、多段速運行等控制，各端子作用有固定（出廠(chǎng)時(shí)默認）的控制功能，本電路都為多功能或稱(chēng)為編程控制端子，每個(gè)端子的控制作用可用參數靈活設置。
以SPH端子電路為例，看一下輸入電流是如何產(chǎn)生的。當SPH端子由外部控制電路（開(kāi)關(guān)元件）與DCM連接時(shí)，形成了EV（控制電源正極）至光電耦合器PC5的輸入側1腳→輸入側2腳→R141→外部控制電路→DCM（控制電源負極）的電流通路，PC5因輸入側二極管得電發(fā)光，輸出側光敏三極管導通，將低電平的（約為0V）信號電壓輸入CPU的24腳；當外部控制電路斷開(kāi)時(shí)，PC5輸入電流為零，CPU的24腳又變?yōu)殪o態(tài)高電平（為5V）。換言之，輸入信號生效時(shí)，CPU信號輸入腳變?yōu)?/font>0V，無(wú)信號輸入時(shí)，CPU信號輸入腳為5V，輸入信號呈現0和1的數字邏輯關(guān)系。
通過(guò)參數設置，也可將數字輸入信號端子，設置為脈沖信號輸入，如用作對輸入脈沖計數，以控制轉速輸出等。
當外部控制電路正常，變頻器的相關(guān)控制參數的設置也正確時(shí)，變頻器對輸入信號不能作出正常反應，有可能是輸入端子電路的問(wèn)題了。先檢查光耦合器輸入側、輸出側的供電電源，確定控制電源正常后，再進(jìn)行以下檢查。
數字輸入信號端子電路的檢測也非常方便（仍以SPH端子電路為例），當短接SPH與DCM端子時(shí)，測量PC5輸入側的1、2腳應有1.2V電壓值，若此電壓等于12V，說(shuō)明光耦合器輸入側已經(jīng)開(kāi)路，若為0V（以DCM為基準測試點(diǎn)），說(shuō)明輸入回路有斷路或PC5輸入側已經(jīng)擊穿損壞。進(jìn)一步檢測當PC5為1.2V時(shí)，輸出側應為0V（以+5V電源地為基準測試點(diǎn)），若仍為+5V，說(shuō)明PC5輸出測三極管已經(jīng)有開(kāi)路性損壞。
2、數字控制端子——數字信號輸出端子
數字信號輸出端子有兩種類(lèi)型，一為開(kāi)關(guān)量信號輸出端子，輸出繼電器觸點(diǎn)信號（也稱(chēng)為無(wú)源觸點(diǎn)信號），觸點(diǎn)輸出電路形式有很好的電氣隔離度，對外部控制線(xiàn)路的電壓級別和高低，均無(wú)要求，可用于外接指示燈、繼電器等，用于運行指示或故障示警。該類(lèi)輸出觸點(diǎn)有兩組，由CPU的17、18引腳輸出開(kāi)關(guān)量信號（5V或0V）控制三極管T3、T4的導通和截止，進(jìn)而驅動(dòng)繼電器EDQ1和EDQ2的吸合和釋放，控制其觸點(diǎn)作出相應動(dòng)作，本電路的輸出信號內容也為可編程設置。繼電器電源也由+5V提供，其它變頻器一般都是24V供電的。下圖中的T3、T4三極管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，相當于繼電器的一個(gè)電源開(kāi)關(guān)。繼電器兩端并聯(lián)有二極管D26、D27，用于吸收繼電器開(kāi)斷瞬間感生的反向電壓，以保護三極管的安全。
圖2：數字信號輸出端子電路
繼電器驅動(dòng)電路的三極管，因流通較大驅動(dòng)電源，實(shí)際檢修中可能會(huì )碰到三極管短路或斷路的故障。正常狀態(tài)下，若EDQ1輸出的為運行信號，當啟動(dòng)變頻器時(shí)，測T3的基極應為4.3V左右，停止變頻器后，測量T3基極電壓應上升為5V，測量R127的左端，運行和停機時(shí)的電壓，應分別為0V和5V。測量R127的左端電壓變化，可以確定CPU來(lái)的控制信號是否正常，測量T3的基極電壓或發(fā)射結電壓，可以確定T3是否正常。當發(fā)射結電壓遠遠大于0.7V時(shí)，說(shuō)明三極管的發(fā)射結已經(jīng)開(kāi)路。該電路損壞后，表現為誤輸出故障或運行信號（上電后觸點(diǎn)一直閉合），或不能正常輸出運行或故障信號（應該有觸點(diǎn)動(dòng)作信號輸出時(shí)，觸點(diǎn)一直不能閉合）。
數字信號輸出端子的另一電路類(lèi)型，開(kāi)路集電極輸出電路，用戶(hù)可以外接繼電器轉化為觸點(diǎn)信號輸出，因元件參數限制（光耦合器），對外部控制電路的供電電壓和負載能力是有限制的，一般外接控制電壓為24V以?xún)?，負載回路電流在100mA以下。采用開(kāi)路集電極輸出，輸出常規開(kāi)關(guān)量信號是沒(méi)有優(yōu)勢的，但其好處是通過(guò)參數設置，可以實(shí)現脈沖信號輸出，如輸出對應運轉頻率的脈沖信號，可掛接數字計數器，顯示運轉頻率。其檢修方法同上。
3、模擬控制端子——模擬信號輸入端子
模擬控制信號輸入端子，即是用模擬信號，給出頻率指令，用于控制變頻器的輸出頻率。模擬信號，一般有0~10V，和0/4~20mA兩種類(lèi)型，前者需要一個(gè)10V調節電源，一般由變頻器內部電路供給，由+10V端子輸出，供外接調速電位器；后者往往接收來(lái)自外部控制儀表的電流信號，用于調速，或運行于PID閉環(huán)控制。圖3為+10V調節電源的電路。
圖3 調速電源電路
這是一個(gè)電壓跟隨器的“變形”電路，放大器的9腳引入由R122和R24的分壓值，放大器10腳可看作是一個(gè)5V基準電壓端，電路兩輸入腳電壓比較輸出的結果，是使9腳分壓值等于10腳基準電壓，即R123的左端電壓為10V時(shí)，電路的輸出達到平衡。電路具有穩壓或者說(shuō)是電壓伺服效果，無(wú)論外部負載電路的負載如何變化，R123左端的電壓輸出總是（2倍壓）跟蹤于較為穩定的基準電壓，應該說(shuō)，電路的動(dòng)態(tài)穩壓性能，還算比較優(yōu)良。
+10V調節電源的電路形式，在其它變頻器中還有多種電路形式，如將+15V電壓串聯(lián)一個(gè)低壓差7810穩壓器，或將電阻降壓、穩壓二極管的電路形式，得到10V輸出，更多的電路形式是采用LM317可調穩壓IC或TL431基準電壓源，通過(guò)器件電壓基準端的分壓電阻的取值，得到10V調節電源。
該電路由于外部引線(xiàn)的原因，常常會(huì )誤引入異常電壓（如交流220V甚至于雷擊電壓）或使電源端子長(cháng)時(shí)間對模擬信號公共地短路，致使內部電路損壞。故障表現外調速電位器調速失效，用萬(wàn)用表測量+10端子，電路為0V或為一不穩定值，可以確定是內部10V調節電源電路損壞。
常規修理方法是檢查損壞元件，換新修復。如修復時(shí)間緊迫，可從主板上15V電源，加7810穩壓塊或采用簡(jiǎn)單電阻降壓、穩壓二極管穩壓的電路，應急修復，一般不會(huì )影響正常使用。
下圖4為模擬信號輸入的實(shí)際電路，上部電路為0~10V電壓（調速）信號輸入電路，下部電路為0/4~20mA電流（調速）信號輸入電路。電路的基本形式也為電壓跟隨器，因為CPU芯片的電源和輸入/出電壓范圍為0~5V，輸入0~10V電壓，先由R115、R114分壓為0~5V電壓值，再輸入放大器的同相輸入端，從輸出端D23的負端整流電壓，作0~5V的跟隨輸出。二極管D22用于輸出電壓最大值嵌位（電路異常輸出時(shí)將輸出值嵌位于5.5V），以保護CPU的安全，輸出電路再經(jīng)C、R、C濾波電路濾除干擾，進(jìn)入CPU引腳，經(jīng)內部A/D轉換，控制頻率輸出。
電路輸入信號的電路形式同電壓輸入電路是基本上是一樣的，只是在輸入端與地之間并接了R105、R106兩只串聯(lián)阻值為250Ω的兩只電阻。經(jīng)常有網(wǎng)友問(wèn)，如何將0~20mA 電流信號轉化為0~5V電壓信號??？哎，這個(gè)轉化電路其實(shí)簡(jiǎn)單得很！這兩只電阻就是將輸入0~20mA電流信號轉化為0~5V電壓信號的轉化電路，0~20mA電流信號流經(jīng)兩只串聯(lián)電路，在R105的上端，就變?yōu)榱?/font>0~5V的輸入電壓信號，輸入電流為20mA時(shí)，兩只串聯(lián)電阻上的電壓降為0.02×250=5V，這是電流流經(jīng)電阻產(chǎn)生電壓降的原理，從基本的歐姆定律推導而來(lái)，毫不出奇的。
圖4 模擬電壓/模擬電流信號輸入端子電路
4、模擬控制端子——模擬電壓信號輸出端子
圖5 模擬電壓信號輸出電路
上圖為模擬信號電壓輸出電路，一般規定輸出值為0~10V，可外接受10V指針電壓表頭，用于顯示輸出轉速、輸出電壓、輸出電流等監控內容，至于顯示何種內容，根據用戶(hù)需要，可由參數設置，因此也稱(chēng)為可編程模擬電壓輸出端子。
雖然輸出端子輸出的電壓經(jīng)以上R、C濾波電路處理為較為平穩的直流電壓，但CPU的77腳輸出的卻是PWM調寬脈沖信號，CPU是通過(guò)調節輸出脈沖寬度的占空比，來(lái)調節輸出電壓值的。因為是運算放大器直接輸出，又有R120限流的因素存在，電路最大輸出電流能力是有限的，約為幾毫安以?xún)取?/font>
當外接負載過(guò)大或輸出端對模擬地公共端短路時(shí)，有可能造成運算放大器的損壞，變頻器工作時(shí)，測量AM端子直流電壓值為0V或較低，檢查損壞元件進(jìn)行修復。
5、RS485通訊端子電路
這是一個(gè)較為特殊的信號端子，其它信號端子的信號都是單向傳輸的，或輸入或輸出，該信號端子的信號是雙向傳輸的總線(xiàn)方式。
圖6 RS485通訊端子電路
變頻器與變頻器之間，變頻器與PLC之間，只有RS485通訊方式，接線(xiàn)方式簡(jiǎn)潔，只有兩線(xiàn)，抗干擾性能好，可以遠距離傳輸，如果以PLC作為上位機（主機），一般最多與可32臺變頻器同時(shí)通訊，控制32臺變頻器的起、停和調速，并上傳變頻器的運行或故障數據。一般采用半雙工通訊方式，可以由通訊端口向變頻器下傳控制指令，也可以將變頻器運行狀態(tài)上傳至上位機。
RS485通訊，牽扯到專(zhuān)用通訊參數的設置，和通訊程序的編寫(xiě)等內容，在此不予贅述了。
變頻器的控制端子，上文所述，已經(jīng)近于包含了所有的內容。其它變頻器的電路，與上述電路相比，是比較相似的，或者可說(shuō)是大同小異的。由此文，可以管見(jiàn)變頻器控制端子電路的概貌，希望本文對大家能有點(diǎn)用處。
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