杏宇测速平台 施耐德变频器维修实例祥解

杏宇测速平台 施耐德变频器维修实例祥解

线路原理分析：

1. 主回路

施耐德 ATV31H 系器品种比较多，下边从 ATV31 和 ATV58 这两款变频器入手，引导学习施耐德变频器维修技巧。

一、 ATV31 变频列通用变频器采用的是交 - 直 - 交电压型变频方式，其主回路包括整流线路、滤波及储能线路、能耗制动、直 - 交逆变由以下几个部分组成

⑴整流部分

三相整流部分由六只整流管组成整流桥，将电源的交流电全波整流成直流，如果电源的电压为 Ui ，则全波整流后平均直流电压 Ud 的大小为：

                           Ud=1.35×Ui

三相电源的线电压为 380V ，则全波整流后的平均电压为

              Ud=1.35×Ui=1.35×380=513V

由于施耐德 ATV31H 系列整流器均在模块内部，损坏后只能整体更换。整流器的好坏可以用万用表电阻挡测量。

⑵滤波部分

电容 C1 和 C2 是将整流后的脉动直流电滤平电压纹波并储能。变频器功率越大所配备的电容容量越大。施耐德 ATV31 变频器的部分型号电容配置见下表：

变频器型号	变频器功率	电容容量（μF）	电容数量（只）	总容量（μF）
ATV31H075N4A	0.75KW	390	2	780
ATV31HU15N4A	1.5KW	550	2	1100
ATV31HU22N4A	2.2KW	550	2	1100
ATV31HU55N4A	5.5KW	390	8	3120
ATV31HU75N4A	7.5KW	550	8	4400

有如下情况时，要检查电容是否损坏：

当容量下降到 80% 时就要更换电容。使用四年以上的变频器要检查容量是否下降。

滤波前的整流桥损坏后，有交流电直接进入了电容器，要检查电容器有没有损坏。

分压电阻损坏后，由于分压不均，要检查电容器有没有损坏。

外包绝缘损坏后，要检查电容器有没有损坏。

由于在变频器合上电的瞬间，滤波电容器的充电电流很大，易损坏整流器。为了保护整流器，在电路中串接了 R1A 和 R1B, 以限制电容器的冲电电流，当电容器上充电电压达到一定程度时，继电器 RY1 吸合，继电器触点接通短接 R1 。

⑶制动部分

由于异步电动机在再生制动减速过程中，再生能量存储于滤波电路的电容器中，使直流母线的电压上升，为了释放制动能量在模块中使用了一只 IGBT 管。通过控制 IGBT 管的导通程度可以设置制动时间，由于设备的需要，电机必须在规定的时间内停车，施耐德 ATV31 系列设置了直流注入停车。此功能可以通过菜单设定。

⑷逆变部分

逆变部分采用六只（或 6×n 只， 5.5KW n=2,7.5KW n=3,n 根据功率大小决定） IGBT 管和续流二极管组成，由上桥推动和下桥推动线路控制六只 IGBT 管的开关顺序和导通时间，将滤波后的直流电转换成频率和电压都可以变化的交流电。输出频率和输出电压的调节均由逆变器按 PWM(Pulse Width Modulation) 方式来完成。

施耐德 ATV31 系列变频器部分型号使用模块一览表：

变频器型号	IGBT模块型号	模块生产厂家
ATV31H075N4A	FP10R12YT3	Infineon(英飞凌)、eupec(优派克)
ATV31HU15N4A	FP15R12YT3	Infineon(英飞凌)、eupec(优派克)
ATV31HU22N4A	FP15R12YT3	Infineon(英飞凌)、eupec(优派克)
ATV31HU55N4A	Skiip 31NAB125T12	SEMIKRON (德国西门康)
ATV31HU75N4A	Skiip 32NAB125T12	SEMIKRON (德国西门康)

2. 控制回路

控制回路主要包括 DSP(CPU) 、检测传感电路、电压 / 电流检测电路控制信号的输入输出电路、 IGBT 上下桥驱动电路、各种保护电路、开关电源。

⑴开关电源（注：为 5.5KW/7.5KW 电源）

施耐德变频器的辅助电源采用开关电源，具有体积小、功耗低、效率高等优点。电源输入为主回路直流母线电压约 513V 。通过脉冲变压器的隔离变换和变压器副边的整流滤波可以得到多路直流电压输出。其中 +12V 、 -12V 、 +5V 共地， +12V 采用 TA78M12S 三端稳压集成电路， -12V 采用 TA7912S 稳压， +5V 采用 MJN7223DL1-50 稳压。电源震荡采用 FA13842F,±12V 给传感器、运放等电路供电， +5V 给 DSP 以及数字电路供电。相互隔离的四路 +18V 给 IGBT 模块的上下桥驱动供电。下图为本人实测的 5.5KW(7.5KW) 开关电源图（图 2 ）。需要注意的是当 FA13842F 损坏时，使用 UC3842 不能代换。施耐德 ATV31 系列变频器开关电源可靠性较高，在已经维修的上百台中，只有一台开关电源损坏。

⑵ DSP （数字信号处理器）

施耐德 ATV31H 系列变频器采用的 DSP 为日立公司的 80 脚的 HD64F2612(0.75KW ～ 3KW) 和 HD64F2618(5.5KW ～ 7.5KW), 主要完成电压、电流、温度采样、六路 PWM 输出，各种故障报警输入输出，电压电流频率设定信号输入等。电机控制算法的运算等功能。

⑶ IGBT 的上下桥驱动

0.75KW ～ 2.2KW 变频器上下桥原理图见图 3 。上桥的 PWM 信号分别从 DSP 的 23 、 30 、 32 脚输出到 IC102(TC7W14FU) 反相整形以及阻抗变换匹配，再从 IC102 输出到 PC1 、 PC2 、 PC3 光耦对信号隔离放大， ZD111 、 ZD121 、 ZD131 为 18V 稳压管，是 PC1 、 PC2 、 PC3 的输出保护， D113 、 D123 、 D133 、 D111 、 D121 、 D132(A6) 、 ZD112 、 ZD122 、 ZD132(16V 稳压管 ) 组成 IGBT 的上桥输入保护线路。

0.75KW 和 1.5KW 的 DSP 以及软件都相同，线路全部相同只是桥驱动部分有部分元件的参数不同。

现将 0.75KW 和 1.5KW 的元器件不同的参数列表如下：

元件位置号	0.75KW	1.5KW
R21、R22、R23	75mΩ	43mΩ
R117、R1127、R137、R173	221（220Ω）	121（120Ω）
R112、R123、R132	221（220Ω）	121（220Ω）
IGBT C1A、C2A	FP10R12YT3 390μF/420V	FP15R12YT3 550μF/420V

根据上表只要将 0.75KW 的变频器按 1.5KW 的变频器的参数进行修改， 0.75KW 就可以成为 1.5KW 变频器。根据上表改制了几台使用效果良好。

下桥的 PWM 信号从 DSP 输出到 IC101(TD62930F) 的 4 、 5 、 6 脚，进行隔离放大。从 IC101 的 9 、 10 、 12 、 13 、 15 、 16 脚输出通过 ZD142 、 ZD152 、 ZD162(16V 稳压管 ) 、 D442 、 D452 、 D462(A6) 组成的保护线路输入到模块的 IGBT 下桥。

5.5KW/7.5KW 的上下桥驱动线路见图 4 。从 DSP 输出的 PWM 信号分别送到 IC102 （ SN74HC14ANSR ）的 9 、 13 、 3 、 11 、 1 、 5 脚，其中 9 、 13 、 3 脚为上桥驱动信号， 11 、 1 、 5 脚为下桥驱动信号。经过六反相器整形放大后分别从 8 、 12 、 4 脚输出上桥信号，从 10 、 2 、 6 脚输出下桥驱动信号。分别送到 PC1 、 PC2 、 PC3(HCNW3120) 和 PC4 、 PC5 、 PC6(HCPL-3120) 光耦隔离输出。再经过由 D112 、 D122 、 D132(A6)ZD171 、 ZD172 、 ZD173(15V 稳压管 ) 、 D142 、 D152 、 D162(A6) 组成的保护线路分别送到 IGBT 模块的上下桥。

5.5KW 和 7.5KW 的变频器软件相同，线路相同。只有模块和储能电容参数不同， 5.5KW 的模块型号为： Skiip 31NAB125T12, 电容为： 390μF/420V×8 只， 7.5KW 的模块型号为： Skiip 32NAB125T12, 电容为： 550μF/420V×8 只。

施耐德 ATV31 系列变频器常见故障实例分析

⑴ INF 故障报警

机器型号： ATV31H 全系列

故障现象：由于气候潮湿，变频器又在高温、高湿、飞绒多的环境中使用，使用三年以上的施耐德变频器有近 80% 的都会出现此报警，当出现此类故障报警后，面板按键不起作用。

故障原因：施耐德 ATV31H 系列变频器使用了薄膜面板，当显示 “INF” 故障时，薄膜按键都不起作用。我们从显示板上拔出薄膜插线，用万用表测量可以知道第二根线与第七根线已经断路。薄膜无法修复。

维修办法：从市场购买，薄膜面板每根 60 元。由于损坏量大，从节约角度出发，不更换薄膜。我们找到显示板上的 CN11 插座从 PCB 面用导线直接将 2 脚与 7 脚连接，故障消失。

⑵ OLF 故障报警

机器型号： ATV31HU22N4/2.2KW 变频器

故障现象：机器运转一段时间后停机保护，面板显示 “OLF” 。查阅厂家手册是，变频器温度太高。

维修方法：经过观察是 24V 的风扇不转，检查 24V 电压正常，更换后机器恢复正常。

⑶ OLF 故障报警

机器型号： ATV31HU22N4/2.2KW 变频器

故障现象：机器运转一段时间后停机保护，面板显示“ OLF ”

维修方法：经过观察 24V 风扇不转，检查风扇端口无 24V 。实绘原理图见图 5 。风扇的控制信号来自 DSP 的 79 脚，经过 PC81(TLP721F) 光耦来控制 Q81(RSK) 的导通风扇插座 +24V 输出。用万用表检查 +24V 电源电压正常，检查 Q81 的基极控制电压正常。测量 Q81(RKS) 损坏。经查贴片元件手册得知 RKS 的型号为 BFP194 。极性为 PNP, 封装为 SOT23 。主要参数为： Ic=100mA 、 Ib=10mA 、 Uceo=15V 、 Ucbo=20V 、 Uebo=3V 。由于无法购买到原件，试用 9012 代换，机器正常， 9012 的温升正常。

⑷无显示

机器型号： ATV31HU75N4/7.5KW 变频器

故障现象：面板无显示，控制端口无 +10V 、 +24V 。

维修方法：开关电源实测原理图见图 6 。检测线路时 R68 有明显烧焦的痕迹，查 Q1(K1317) 已经击穿， R70A 、 D23 、 R70B 、 IC14 损坏。经更换元件后，机器恢复正常。特别需要注意的是 UC3842 不能直接代换 FA13842N 。分析该机损坏原因是板面的毛衣太多，加之湿度太大引起高压击穿。

⑸无显示

机器型号： ATV31HU55N4/5.5KW 变频器

故障现象：面板无显示，控制端口无 +10V 、 +24V

维修方法：拆开线路板后，有明显的焦味，目测 D16 已经烧焦。风扇线路原理图见图 7 用万用表测量 C35 两端短路，当检查到 C83(1UF) 贴片电容时，电容短路。更换后故障排除。

⑹无显示

机器型号： ATV31HU22N4/2.2KW 变频器

故障现象：面板无显示，控制端口无 +10V 、 +24V 。

维修方法：拆开线路板后，有明显的焦味，目测 D16 已经烧焦。更换 D16 （ F65J ），未插 24V 风扇，机器正常。插上风扇后，显示正常，但启动电动机后，风扇开始运转，有明显的焦味，接着显示消失。打开线路板后，发现 D16(F65J) 又烧毁，怀疑 D16 电流太小。更换大电流二极管，通电试机，还是烧毁 D16 。根据图 5 检查外围线路正常，考虑风扇是否电流过大，改用 0.1A/24V 的风扇（原是 0.24A/24V 的风扇），接通线路后还是烧毁 D16, 维修陷入绝境。后来考虑到风扇不运转时 +24V 正常，风扇运转后立即烧坏 D16 ，也就是 D16 不能带负载。怀疑开关电源的震荡频率是否升高，检查开关线路的震荡贴片电容，当查到 C26 时（见图 6 ），发现没有容量，用 2200P 的电容更换后机器恢复正常。

⑺无显示

机器型号： ATV31HU55N4/5.5KW 变频器

故障现象：面板无显示，控制端口无 +10V 、 +24V 。

维修方法：打开线路板，发现 IGBT 模块有明显的击穿痕迹，拆开模块可以看到模块内的三相桥已经损坏，模块的型号是西门康公司产的 Skiip 31NAB125T12 。考虑到模块价格高且很难购买，平时在维修国产变频器经常看到用两只桥堆代替三相桥。就到市场上购买了两只 35A/1200V 的单相桥堆，在外壳的铝板上打两个孔固定好桥堆。桥堆的接线桩头一定要用热缩管包裹好（以防触电），将接线接入线路板，通电后机器正常，所改装的变频器一直使用到现在。用此方法共修复了六台 5.5KW 和 7.5KW 变频器。大大降低了维修成本。

⑻无显示

机器型号： ATV31HU22N4/2.2KW 变频器

故障现象：面板无显示，控制端口无 +10V 、 +24V 。

维修方法：打开线路板，发现模块（ FP15R12YT3 ）已经明显击穿，根据图 3 ，检查模块外围线路发现 ZD142 、 ZD152(16V 稳压管 ) 、 D143 、 D153(A6) 、 R127 、 R137(120 Ω ) 已经损坏，更换上述元件后，通电有显示，但显示故障代码“ SCF ” , 查手册得知是电动机短路。电动机还未接入变频器，考虑到 R127 、 R137 的损坏，更换了下桥驱动集成电路 IC101( 原型号为 TD62930F, 替换型号为 TD62930FG) ，通电机器正常。

⑼无显示

机器型号： ATV31HU75N4/7.5KW 变频器

故障现象：面板无显示，控制端口无 +10V 、 +24V 。

维修方法：打开线路板，发现模块（ Skiip 32NAB125T12 ） IGBT 管已经损坏两组，根据图 4 查模块外围元件，发现 ZD171 、 ZD172(15V 稳压管 ) 、 D112 、 D122(A6) 、 R111(51 Ω ) 、 PC1(HCNW3120) 损坏，更换上述元件后，通电显示正常，但显示故障代码“ SCF ”。考虑到光耦 PC1(HCNW3120) 的损坏，更换 IC102(SN74HC14ANSR) 后，故障排除。

⑽ INF 故障报警

机器型号： ATV31H075N4/0.75KW 变频器

维修方法：面板按键不起作用，短接 CN11 的 2 和 7 脚后，故障依旧。更换显示板和薄膜面板后，故障未排除，试更换存储器 IC3(M93C76MN3T) 后，故障排除。

⑾ CFF 故障报警

机器型号： ATV31HU30N4A/3KW 变频器

维修方法：查厂家安装编程手册为配置故障，进入菜单调整相关参数和恢复出厂设置，均未能排除。更换 IC3 （ F93C76 ）存储器后，故障排除。

⑿ CRF 报警

机器型号： ATV31HU22N4A/2.2KW 变频器

维修方法：使用三年以上的变频器，此种报警较多。正常只要把机器电源多开关几次，一般此故障报警能够消失。查厂家安装编程手册为：“电容器负载电路”有故障，厂家分析可能原因为：“负载继电器控制故障或充电电阻损坏”。本例故障是采用多次开关电源后报警故障未能恢复正常，拆开机器检查充电电阻 R1A 、 R1B(39 Ω /7W) 正常，查分压电阻 R11 、 R12(100K/7W) 正常，测 C1A 、 C2A(550 μ F/420V) 容量正常。发现电容器线路板表面氧化严重积灰较多，清理表面氧化层和积灰，并用绝缘清漆处理板面后装机试机故障排除。

二、施耐德 ATV58 22KW 变频器的电源板维修经验

同行快递过来一块施耐德 ATV58 22KW 变频器的电源板。

初步检查电路板有多处拆焊痕迹，电源管 S2000AF 已换为 BU508 ，而电源 IC INTC001107 已不见踪影。

第一步：清理电路板：重新对焊接过的元器件进行补焊等工作并检查是否有损坏元器件，发现一型号为 IRFU120 的场效应管损坏，将其拆下，同时拆下电源管 BU508 。

第二步：试验变压器：用常见的“电视机电源代换模块”（直流 300V 的，而本电路板供电为直流 540V 供电）接入电路并用直流 300V 给其供电，经过检验证实变压器完好。在用电源模块试机的时候，刚一通电发现电路板下冒烟（我把焊盘面朝上放置的，这样方便测量相关电路电压）。赶紧断电检查并没有发现有烧黑的迹象，用手摸各元器件也无过热的情况。却发现一型号为 P6KE 250CA 的二极管掉落在维修台上——因整块电路板有厚达 1mm 多的保护胶膜覆盖着，是同行前期修理时没有先行挖出引脚，可能是嫌要清除焊盘上的胶膜太麻烦，直接从电路板上方剪断引脚测量，测量后发现“没问题”后重又焊接上。

我在用“电源模块”试验变压器时，巧遇到了同行和我用万用表都没有在“第一时间”检测到已损坏的二极管  P6KE 250CA 。查看它的参数是为  250V 双向快速恢复稳压二极管。用晶体管直流参数测试表测试该二极管时发现“稳压值”仅为  50V 左右。我用这种独特的修机方法“完善了”用万用表检测元器件某些性能不全面时的局限性。对该二极管的误判是一个典型的“万用表误判”实例。

第三步：装新电源  IC 的前期工作：在通过第二步证明变压器完好后（如有异常应先行找到代换的或是手工绕制线圈修复变压器后进行）。因没有  IRFU120 的管子，用常见的且参数相近的  IRF630 代替。也因没有  P6KE 250CA 更换，用代换管

装上。换用直流  540V 给电路板供电后所测出的  INTC001107 的焊盘各脚电压如表1所示

施耐德变频器开关电源 IC 电压值

因没有 INTC001107 的资料，而且难以从电路板上看出哪个引脚为供电端（电源脚一般会并联有较大容量电容和接在变压器反馈绕组整流二极管的正端）。但从所测出的电压值看它的供电或是启动脚应该是 12 脚或是 14 脚。

这是电压大体上正常的情况，如果焊盘脚上有较高的对地电位则应检查它能提供多大的对地电流，如果电流只有几毫安到十几毫安的话大可放心。如果说电流达到几十毫安甚至更高的话则应查出原因后方可焊装电源  IC ，否则因故障未完全排除而使电源工作异常，甚至有可能再次烧坏电源 IC 或是电源管等相关元器件  特别提醒的是：如果没有拆除并联在其上的电容的话，其“放电电流”可能引起误判甚至烧表。

第四步：检查电源 IC 的工作情况：装上 INTC001107 ，因不知哪个脚为输出，且电路板上有胶膜覆盖，故用指针表直流 10V 档直接测量电源管 G-E 焊盘电压，测量有 3-5V 的波动直流电压，说明电源 IC 已工作并输出驱动电压。

第五步：装上电源管 S2000AF 试机：上电后变压器有低频叫声且测量电源次级输出电压仅为正常值的 1/3 左右。此时陷入迷茫：是 INTC001107 性能不良？是 IRFU120 用 IRF630 代换不成功？还是电路中另有隐蔽性故障？

再次仔细查看电路板并认真分析后认为同行前期修理时用普通带引线二极管代换电路板上一贴片二极管的嫌疑很大：如果他采用普通的而非高频二极管的话，电源 IC INTC001107 的正常工作条件是不能满足的。拆下查看型号，标志已看不清，果断换上一高频贴片二极管，电源叫声消失，输出电压正常！

第六步：继续整理资料：电源正常后测得 INTC001107 各脚电压如表 1 所示。因整块电路板上覆盖有保护胶膜，为了不再使它受到更大的破坏，电路图就不再绘出了。相信以手头既有的文字资料也能满足日常维修工作的需要。

三、施耐德变频器常见故障及判断

(1) 施耐德变频器 OC 报警

　　键盘面板 LCD 显示 : 加、减、恒速时过电流。

对于短时间大电流的 OC 报警，一般情况下是驱动板的电流检测回路出了问题，模块也可能已受到冲击 ( 损坏 ) ，有可能复位后继续出现故障，产生的原因基本是以下几种情况 : 电机电缆过长、电缆选型临界造成的输出漏电流过大或输出电缆接头松动和电缆受损造成的负载电流升高时产生的电弧效应。小容量 (7.5G11 以下 ) 变频器的 24V 风扇电源短路时也会造成 OC3 报警，此时主板上的 24V 风扇电源会损坏，主板其它功能正常。若出现“ 1 、 OC2 ”报警且不能复位或一上电就显示“ OC3 ”报警，则可能是主板出了问题若一按 RUN 键就显示“ OC3 ”报警，则是驱动板坏了。

   (2) 施耐德变频器 OLU 报警

　　键盘面板 LCD 显示 : 变频器过负载。

当 G/P9 系列变频器出现此报警时可通过三种方法解决 : 首先修改一下“转矩提升”、“加减速时间”和“节能运行”的参数设置其次用卡表测量变频器的输出是否真正过大最后用示波器观察主板左上角检测点的输出来判断主板是否已经损坏。字串 1

(3) 施耐德变频器 OU1 报警

　　键盘面板 LCD 显示 : 加速时过电压。

　　当通用变频器出现“ OU ”报警时，首先应考虑电缆是否太长、绝缘是否老化，直流中间环节的电解电容是否损坏，同时针对大惯量负载可以考虑做一下电机的在线自整定。另外在启动时用万用表测量一下中间直流环节电压，若测量仪表显示电压与操作面板 LCD 显示电压不同，则主板的检测电路有故障，需更换主板。当直流母线电压高于 780VDC 时，变频器做 OU 报警当低于 350VDC 时，变频器做欠压 LU 报警。

(4) LU 报警

　　键盘面板LCD显示:欠电压

如果设备经常“ LU 欠电压”报警，则可考虑将变频器的参数初始化 (H03 设成 1 后确认 ) ，然后提高变频器的载波频率 ( 参数 F26) 。若 E9 设备 LU 欠电压报警且不能复位，则是 ( 电源 ) 驱动板出了问题。

(5)EF 报警

　　键盘面板 LCD 显示 : 对地短路故障。

G/P9 系列变频器出现此报警时可能是主板或霍尔元件出现了故障。

(6)Er1 报警

　　键盘面板 LCD 显示 : 存贮器异常。

　　关于 G/P9 系列变频器“ ER1 不复位”故障的处理 : 去掉 FWD — CD 短路片，上电、一直按住 RESET 键下电，知道 LED 电源指示灯熄灭再松手然后再重新上电，看看“ ER1 不复位”故障是否解除，若通过这种方法也不能解除，则说明内部码已丢失，只能换主板了。

    (7) 施耐德变频器 Er7 报警