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变频器维修电源的设计与制作

未知 2019-07-14 10:53

1 引言

  因变频器使用电源电压等级的不同,所以在维修变频器时需要提供不同等级的电压。但在板级维修甚至芯片级维修工作时,并非一定需要真正的三相200v交流电压或三相400v交流电压(带负载试机时另当别论)。所需要的是200v和400v等级的交流电压以及相应的300v和500v等级的直流电压。市面上虽有多种款式的可调直流电源销售,但其价格不菲并且保护功能不够理想(实际上相当于比仅有输出电流指示好不了多少)。作者在多年的维修工作中,以自己的经验自制了一台兼有以上交、直流四种规格电压输出,并且保护功能完善的变频器芯片级维修专用电源。

  需要说明的是,由于读者都已具有相当的电工理论和相应的电气安全知识,且有一定的实际操作经验和动手能力,所以没有给出一些简单的计算过程以及没有对繁琐的函数进行具体的计算分析。甚至对所选材料的具体型号或者部分参数也没有给出,读者在制作时可根据自己的需要做合理的修正选择。

2 设计原理

  图1、图2是电气设计原理图。依图分析各元器件的功能与作用。

  qg为整机的电源开关。fu为整机以及提供当输出保护功能被取消后的保护。tc为继电器k1-k6以及相应指示灯提供电源的控制电路电源变压器。tv为220-380自耦变压器以提供交流400v级和直流500v级之用。ss为4选1旋钮开关,k1-k4为输出电压选择控制继电器。k5为输出电源控制继电器。k6为短路hl1和hl2的控制继电器,用于取消保护后提供大电流输出。sb1,sb2用于控制继电器k5即电源的输出与否,sb3用于控制继电器k6。led1-led4既做四种输出电压选择指示,兼做本机电源指示之用。led5为输出指示用。led6用于输出保护被取消时的指示。

  k1-k6的4组触点分别用a,b,c,d表示。k1-k4的a,b两组触点分别用于控制四种输出电压的选择,k3,k4的c组触点用于tv的辅助触点,当不需要400v以上电压时断开电源不让tv工作。k1,k2的c组触点和k3,k4的d组触点用于当使用交流输出时保证不让交流电压反灌到电解电容c1,c2以及桥堆db上。k5的a,b触点用于输出电源的接通与切断,c组触点用于输出时的保持自锁,d组触点用于控制k6,只有当k5闭合后才能闭合k6,也就是说只有当输出电流经过hl1和hl2的限流后,并且按下sb3才能转为大电流供电方式。每当断开输出电源后k6即复位,在下一次的输出时重复提供如上的保护功能。k6的a组触点用于在保护模式和大电流模式下切换,b组触点用于大电流输出供电方式时的保持自锁。

3 选材及制作

  如图1,图2和图3所示,k1-k6采用线圈电压为直流24v的4组触点继电器。led1、led3、led5用红色发光二极管,led2、led4用绿色发光二极管,led6用黄色发光二极管。sb1用红色常闭按钮,sb2用绿色常开按钮,sb3用黄色常开按钮。其中hl1和hl2使用两个白炽灯串联是为当使用400v以上输出电压时给灯泡的自身保护,r1、r2不仅给c1、c2做均压之用,又做两电容放电之用,所以其取值要注意的是:当输出电压从直流500v切换到直流300v时,应该具有较快的放电时间而不至于电解电容c1,c2上存在较高的电压可能给被维修对象造成过电压而损坏。tc选用15va的220v-24v变压器即可满足要求。tv选用50va的220v-380v自耦变压器即可。两白炽灯可安装于机壳内靠近散热孔的地方,以便观察灯光的强弱。如果该电源不是经常移动的话,也可将两个白炽灯的螺口灯座固定于外壳上面并安装白炽灯,这样有助于细微地观察灯光的亮暗程度,从而判断输出电流的大小进而推断被维修对象的故障大小。外壳面板设计图(见图3)仅供参考,读者可依据自己的爱好设计并制作。

4 保护功能

  从以上的设计及选材可以看出,该电源具备必需的电源本身及操作人员的人身安全保护。我们再来粗略地分析一下该电源的输出电流保护能力。

  保护功能的重任由2个白炽灯担任。为了分析的简明扼要,仅分析单只白炽灯在额定电压下的相关性能,其他的可依此类推。白炽灯的冷态阻值较小,当两端电压逐渐升高时阻值会非线性变大,如图4中rhl曲线。由图4可知白炽灯在不同的电压下表现出不同的阻值,其阻值表现出一定正电压特性,即电压越高电阻越大!

  在板级以及芯片级维修中,所维修的不外乎开关电源本身及其负载如cpu,驱动电路部分等,其功率在几瓦到几十瓦,所需要电流在额定电压下不过是几十到几百毫安左右。

  因白炽灯是串联于电路中,由串联电路特性可知,功率小的反而会获得更高的电压,因而大部分功率被分配在外电路上。如图5中0-a虚线所示。所以白炽灯不红或微微红,外电路可正常工作。

  当外电路存在大的过流甚至短路故障时,电流则显着增大或者电流趋向于无穷大,此时白炽灯上因存在如图4中a点所示的冷态电阻,其上的电压急剧增大,引起白炽灯自身阻值增大。阻值的增大引发分得更多的电压,这是一个正反馈过程,白炽灯的阻值经过b点迅速转移到c点,白炽灯趋向于获得电源电压而使电流被限定在它的额定电流上,如图4中d虚线所示。虽然外电路中也有电流流过,但其上的电压趋向于0而使功率接近于0从而达到保护外电路的目的,如图5中b-c虚线所示。此时白炽灯发出耀眼的强光,警示被维修对象存在过流或交流短路故障(因直流短路故障容易检测,所以在通电前应当已解决)。

  现在再来看看图5中a-b段的情况。这是与上述两种情况截然不同的状态。也就是说白炽灯既不是稳定地微红也不是耀眼的强光,而是在亮暗之间的较红亮或一闪一闪地在亮暗间变化。第一种可能是外电路过流不是很严重,白炽灯限制了电流的进一步增大。第二种情况是被维修对象所需功率较大,因白炽灯的限流不足以使它获得正常工作的电流。当它检测到电压降低时因保护而停止工作,而当它时一旦趋向于停止工作后因电路中的电流变小使得白炽灯上的电压降减小,外电路获得较高的分电压又能正常工作。如是周而复始的循环,这是一种翘翘板式的过程。

  当出现这种情况时我们要冷静分析:是第一种情况还是第二种情况导致这种状态的出现?如是第一种情况请先行排除故障。属于第二种情况的话,此时可以按下sb3短接白炽灯,取消保护后可以使外电路正常工作。

  在这里顺便提一下,功率越大的白炽灯其v-a曲线越平坦,也就是说能提供给外电路更大的电流。作者所用的是两只100w的灯泡,读者可依据自身需要合理选择。另外,这种保护才是名符其实的实时控制,这种保护比市面上销售的,要经过取样,比较,控制输出等一系列延时的保护机制更具有安全性,可靠性。

5 结束语

  该电源原理的简单性及保护的可靠性是最大的亮点。而且通过本制作不仅可以体会到最简、最美的乐趣,更重要的是能得到一个买不到却又是如此实用的变频器芯片级维修专用电源。

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