變頻器故障檢測電路中用到的模擬電路

1、變頻器故障檢測電路中用到的模擬電路 故障檢測電路的主體電路還是由由運算放大器構(gòu)成，通常，運算放大器被接成以下幾種類型的電路，完成著對信號模擬放大、比較輸出和精密整流三種工作任務。一、反相放大器電路： 圖6.19運算放大器反相放大電路 運算放大器，具有輸入阻抗高（不取用信號源電流）、輸出阻抗低（負載特性好）、放大差模信號（兩輸入端信號之差）、抑制共模信號（兩輸入端極性與大小相同）和交、直流信號都能提供線性放大的優(yōu)良特性。上圖（1）、（2）、（3）、在電路形式上為反相放大器，輸出信號與輸入信號相位相反，又稱為倒相放大器。電路對輸入電壓信號有電壓和電流的雙重放大作用，但在小信號電路中，只注重對電壓信

2、號的放大和處理。電路的電壓放大倍數(shù)取決于R2（反饋電阻）與R1（輸入電阻）兩者的比值。R3為偏置電阻，其值為R1、R2的并聯(lián)值。因R2、R1的選值（比值）不同，可完成三種信號傳輸作用，即構(gòu)成反相放大器、反相器和衰減器三路信號處理電路。（1）電路為反相放大器電路，電路放大倍數(shù)為5；（2）電路為倒相器，對輸入信號起到倒相輸出作用，無放大倍數(shù)，不能稱為放大器了?；蜉斎?5V信號，則輸出0-5V倒相信號；（3）電路為衰減器電路，若輸入010V信號，輸出0-3。3V倒相信號，為一個比例衰減器。圖（1）、（2），（3）電路，有兩個特征：1、輸入、輸出信號反相；2、無論是放大或衰減或倒相電路，輸出信號對輸入

3、信號維持一個比例輸出關系，可以籠統(tǒng)地稱為反相放大器，因為倒相器的放大倍數(shù)為1，而衰減器恰恰也是利用了電路的放大作用。有趣的是，此三種反相放大器，在電流、電壓檢測電路中，都有應用。以電流檢測電路為例：這是因為，串于三相輸出端的電流互感器內(nèi)置放大器，輸出信號已達伏特級的電壓幅度，而CPU的輸入信號幅度又須在5V以下的電壓幅度內(nèi)，故反續(xù)電流信號處理電路，有的采用了有一定放大倍數(shù)的反相放大器；有的采用了倒相器電路，只是根據(jù)CPU輸入電壓信號極性的要求，只對信號進入了倒相處理，并不須再進行放大；部分電路為適配后級電路的信號幅度范圍，甚至采用了衰減器電路，對電流互感器來的電壓信號衰減一下，再送入后級電路。

4、檢測電路中的模擬信號電路的供電，根據(jù)放大交流信號的要求，一般采用正、負15V雙電源供電。根據(jù)反相放大器的電路形式和運算放大器的電路特性，我們可找到相應的檢測方法：1、據(jù)反相放大器的特性，以正、負供電的0V（地）為基準電位，當輸入正的信號電壓時，輸入電壓必為0V以下的負壓，反之輸出0V以上的正電壓。要根據(jù)電路和輸入、輸出腳的靜態(tài)電路值判斷是否處于正常狀態(tài)；2、查明該級電路為放大器或倒相器或衰減器，據(jù)輸入電阻與反饋電阻的比值，可大致測算出輸出電壓值，由此可判斷電路是否處于正常狀態(tài)；3、根據(jù)電路對差模信號有放大（或衰減）作用，而對共模信號放大作用為0的特性，當短接兩輸入端時，輸出電壓應接近0電位值；

5、或者測量輸出端已有正電壓（或負電壓輸出），但一短接兩個輸入端，輸出電壓馬上降（或升）為0V左右。說明電路是好的，能正常傳輸信號。4、可以人為改變輸入電壓值，則輸出電壓必定有相應變化，可由此判斷放大器是否處于正常狀態(tài)。 故障實例1 某臺變頻器上電后，即報出OC故障，故障復位無效，測電流檢測電路，如上圖（1）電路，輸出電壓為+12V，CPU因有嚴重過流信號輸入，故在上電后報出OC信號。用金屬鑷子短接運算放大器2、3腳，測量1輸出腳電路無變化，仍為+12V，判斷運算放大器損壞，更換后，故障排除。故障實例2 某臺變頻器，上電后輸出欠電壓信號，檢測上電圖（2）電路，輸入電壓為-3V，但輸出電壓為0。7V

6、，說明為本級放大器故障，用一外接直流12V電源串接10k電阻，輸入到反相輸入端，輸出電壓無變化，判斷該級放大器損壞，更換后故障排除。二、同相放大器和電壓跟隨器電路：圖6.20同相放大電路、電壓跟隨器電路上圖（1）電路為同相放大器的典型電路形式，也為放大器電路之一種。輸入信號進入放大器的同相端，輸出信號同輸入信號同相位，電路的電壓放大倍數(shù)=1+R2/R1。也用于故障信號檢測電路中對模擬信號的放大處理。該電路當R2短接或R3開路時，輸出信號與輸入信號的相位一致且大小相等，因而（1）電路可進一步“進化”為（2）、（3）電路。 上圖（2）、（3）為電壓跟隨器電路，輸出電壓完全跟蹤于輸入電路的幅度與相位

7、，故電壓放大倍數(shù)為1，雖無電壓放大效果，但有一定的電流輸出能力。電路起到了阻抗變換作用，提升電路的帶負載能力，減弱信號輸入回路高阻抗和輸出回路低阻抗的相互影響。作為電路跟隨器應用時，有時候也采用單電源供電。 （1）、（2）、（3）種電路，也在故障檢測電路中，被用于模擬信號的放大、基準電壓信號的處理等。 根據(jù)電路的特性與作用，可得出檢測方法如下： 1、（1）電路為同相放大器電路，輸出電壓幅度與極性比例跟蹤于輸入電壓，該級電壓放大倍數(shù)約為6倍。當輸入電壓值為1V時，輸出電壓約為6V?？蓳?jù)輸入、輸出電壓值的測算判斷電路是否處于正常狀態(tài)； 2、（2）（3）電路均為電壓跟隨器電路，輸出電壓完全跟蹤于輸入

8、電壓，輸出電壓應與輸入電壓相等，據(jù)此可以判斷電路是否處于正常狀態(tài)。 3、可通過短接兩輸入端或人為改變輸入端電壓的方法，測量輸出端電壓的相應變化，來判斷電路是否處于正常狀態(tài)。故障實例1 某臺變頻器，上電即跳OH故障，測溫度檢測電路的基準電壓電路如圖（2）的輸出電壓為1V，該機為電壓比較器電路，測其輸入端電壓為5V，正常狀態(tài)下輸出端電壓也應為5V。將輸出端負載電路切除后，輸出端電壓仍為1。2V，判斷為該級放大器損壞，更換后故障排除。三、精密正、負半波整流器和全波整流器電路：圖6.21精密半波、全波整流器電路 由電流互感器來的交流電壓信號，要經(jīng)后續(xù)半波或全波整流電路整流成直流電壓后，再送入CPU，供

9、電流顯示和控制之用。精密半波或全波整流電路也用作模擬信號的處理和放大。普通整流電路采用二極管做為整流器件，但二極管整流存在非線性失真、有死區(qū)電壓等缺點，尤其用于小信號整流時，將使輸出信號畸變，出現(xiàn)輸出誤差。利用運算放大器的放大作用和深度負反饋作用，在放大電路中加入二極管，利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕瑢崿F(xiàn)對輸入正、負半波信號引入不同深度的負反饋，可以對輸入V級信號進行整密整流，電路本身還具有電壓跟隨或放大作用。 上圖（2）為精密負半波整流電路，電路將輸入負半波信號進行精密整流后，倒相輸出。對正半波輸入信號來說，D1的接入，為放大器引入了深度負反饋；在負半波輸入信號的起始段，因信號輸入幅度小于D1、

10、D2均處于截止，電路處于開環(huán)放大狀態(tài)，微小的信號輸入，便會使輸出腳電壓大于-0。7V，D1導通，D2反偏截止；D2與R125串聯(lián)引入了適度負反饋（由R125的阻值可決定本級電路是整流器還是整流放大器，本級電路為精密整流器，無放大作用），相當于一個反相放大器，輸出與輸入信號成倒相關系。 上圖（1）電路與圖（2）電路的不同之處，在于電路中兩只二極管的極性相反，成為對輸入正半波信號的精密整流電路。整流原理是一樣的。 由一個半波整流器電路再加上一個反相求和電路，如圖（3），實現(xiàn)將正、負半波輸入并反相后輸出，可得到全波輸出電壓波形，即構(gòu)成了一個全波高精度整流電路。 在故障檢測電路中，往往采用整流器電路，

11、對三相輸出電流采樣信號，進行整流與放大，作為模擬電壓信號（電流檢測信號）輸入后級故障信號處理電路和CPU電路，用作過載報警和運行電流的采樣處理。 電路輸入為交流電壓信號，而輸出為直流電壓信號，大部分電路為整流器，部分電路為整流放大器。 檢測方法：1、 整流器電路：輸入側(cè)為交流電壓，輸出側(cè)為直流電壓，兩測量值比較接近。 2、整流放大器，輸入側(cè)為交流電壓，輸出側(cè)為直流電壓，輸出直流電壓值高于輸入交流電壓值。 3、可通過短接兩輸入端或人為改變輸入端電壓的方法，測量輸出端電壓的相應變化，來判斷電路是否處于正常狀態(tài)。故障實例1 某臺變頻器，上電即跳OC故障，檢測電流檢測電路如圖（2）的輸出電壓為13V，

12、撥掉電流互感器引線端子，該級放大器仍為13V，判斷整流器電路損壞，更換后故障排除。四、電壓比較器、梯級電壓比較器和窗口電壓比較器電路： 上述幾種電路，都用于模擬信號的放大整流等，其輸出信號仍有模擬信號，可稱為模擬信號（放大）處理電路，而下文電壓比較等電路，則輸出為開關量信號，其電路已脫離了模擬放大的范疇，似乎進入了“數(shù)字電路”的領域，是拿模擬電路當作了數(shù)字電路來應用。圖6.22 三種電壓比較器電路 電壓比較器的作用是比較兩個輸入電壓信號的大小，圖（1）電路，放大器的同相輸入端的電壓，為R2、R3兩電阻對+5V的分壓值2。5V，稱為基準電壓值，輸入信號與此基準值比較，高于此值時，則輸出為0V低電

13、平信號，低于低值時，則輸出為+15V高電平信號。電路又稱為單值比較器，電路的輸出狀態(tài)取決于輸入信號電壓的一個值（一個點）2。5V。 將兩級電壓比較器接為圖（2）電路，則成為梯級電壓比較器，電路有一路輸入信號，兩路輸出信號。N1、N2兩級電壓比較器，輸入的是同一路信號電壓，但兩級電路同相輸入端的基準電壓值不同，N1基準電壓為6。6V，N2基準電壓值則為3。3V。當輸入信號由0V到逐漸上升時，當上升為3。3V以上時，N2的輸出狀態(tài)先變?yōu)榈碗娖?；N2在輸入信號值大于6。6V時，才有低電平信號輸出。圖（2）電路在用于直流回路電壓檢測電路時，當因負載電機再生發(fā)電能量回饋至直流回路，使直流回路電壓上升到一

14、定值時，N2先輸出制動動作信號，將制動電阻接入直流回路，消耗電壓增量；若電壓繼續(xù)上升，N1則輸出OU過壓信號，變頻器保護停機。 若將兩級電壓比較器接為圖（3）電路，則構(gòu)成窗口電壓比較器電路。相對于單級電壓比較器電路，窗口電壓比較器可稱為雙值比較器了。電路有兩個基準比較值，輸出一路信號。當輸入信號基準電壓1基準電壓2時，電路輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在輸入信號的中間值的一個范圍內(nèi)，輸出狀態(tài)不變。圖（3）電路為接地故障信號處理電路。N1放大器的同相端是R46、R50對+15V的分壓值，N2放大器的反相端是R81、R69對-15V的分壓值。輸入三相電流采樣信號進入到N1的反相輸入端和N2的同相輸入端，分別與正分

15、壓值和負分壓值相比較，無論是輸入信號的正半波或負半波，只要大于兩個基準值，便會報出地短路信號。 電壓比較器應用數(shù)字電路，可據(jù)信號幅度靈活設置基準電壓，比采用數(shù)字電路更為方便。另外，圖（3）電路采用開路集電極輸出的運算放大器電路，可以實現(xiàn)輸出端的并聯(lián)輸出，使電路更為簡潔。若采用普通放大器，則輸出信號還要經(jīng)兩只二極管隔離，再并接在一起。 三類電壓比較器電路，常用于將檢測的電流或電壓的模擬信號，轉(zhuǎn)化為開關量信號故障信號輸出，供實施控制動作和停機保護之用。 檢測方法： 1、放大器輸出端只有兩個電平狀態(tài)，低電平，接近供電的地電平或負供電值；高電平，接近正供電值； 2、測反相輸入端低于同相輸入端電壓值，則

16、輸出為低電平，反之，則輸出為高電平。 3、可通過短接兩輸入端或人為改變輸入端電壓的方法，測量輸出端高低電平的相應變化，來判斷電路是否處于正常狀態(tài)。五、滯回比較器電路： 也為電壓比較器電路之一種。電壓比較器的圖（3）電路，也即為滯回電壓比較器電路。電壓比較器電路只要再引入一正反饋電路，便可“升級”為滯回比較器電路。滯后比較器雙被稱為具有滯后特性的電壓比較器電路。如果把普通的電壓比較看作為“電壓點比較”的話，滯回比較器則可看作為“電壓段比較”的比較器電路。通常，我們希望電路的輸出狀態(tài)足夠穩(wěn)定，電壓比較在一個“點”上比較輸出，會因頻繁輸出造成輸出狀態(tài)的不穩(wěn)定。將輸入電路的“點”比較，改進為“段”比較

17、，能較好地解決此一問題在輸入電壓變化的一個“段值”內(nèi)，輸出狀態(tài)不變。圖（2）電路由R4、D1構(gòu)成一個正反饋支路，將電路的“點”比較特性轉(zhuǎn)化為“段”比較特性。 圖6.22 兩種滯回比較器電路控制原理簡述如下：先假定圖（2）電路被用于制動動作信號的處理，輸入信號為直流回路的電壓采樣信號。當直流回路的電壓因負載電機再發(fā)能量回饋造成異常上升，達680V時，Vin輸入電壓值達9。5V以上，高于放大器反相端基準電壓值時，放大器輸出低電平信號，后級制動電路動作，將制動電阻接入直流回路，對電壓增量進行消耗；因制動電阻的消耗作用，Vin輸入電壓值很快下降到9。5V以下，可是制動信號仍在輸出中，并不是直流回路電壓稍為回落，制動信號即行消失，這就看出了滯后比較器的作用。制動電路繼續(xù)工作，一直到直流回路電壓回復為