变频空调器变频电路的故障检修
牧青制冷2020-05-09 13:18
变频空调器通过改变压缩机供电频率的方式进行调速，从而实现制冷量(或制热量)的变化。为了实现供电频率的调节，变频空调器机内部专门设有一个变频电路，为压缩机提供变频驱动电压。
变频空调器变频电路的故障检修
24.1变频电路的结构原理
变频空调器通过改变压缩机供电频率的方式进行调速，从而实现制冷量(或制热量)的变化。为了实现供电频率的调节，变频空调器机内部专门设有一个变频电路，为压缩机提供变频驱动电压。
图24-1为典型变频空调器中的变频电路，该电路是变频空调器中特有的电路模块，通常安装在空调器室外机变频压缩机的.上端的散热片上，由固定支架进行固定。
图24-1变频电路的安装位置24.1.1变频电路的结构组成
变频电路的结构比较紧凑，几乎所有的元器件都集成在一块比较规则的矩形电路板上。我们将典型变频空调器中的变频电路从固定支架上取下，即可看到其整个电路结构，如图24-2为海信KFR-35GW/06ABP型变频空调器中的变频电路板。
可以看到，该电路主要是由智能功率模块、光电耦合器、连接插件或接口以及外围元器件等构成。
( 1)智能功率模块
变频空调器中采用的智能功率模块是一种混合集成电路，其内部一般集成有逆变器电路(功率输出管)、逻辑控制电路、电压电流检测电路、电源供电接口等。主要用来将直流300V电压转换成电压和频率可变的变频压缩机工作电压( 30~ 220V、15~ .120Hz)，是变频电路中的核心部件。
图24-3为STK621-410型智能功率模块的实物外形。
在变频空调器中，将逻辑控制、电流/电压检测、逆变电路集成在- -体的模块一般称为智能功率模块。有些机型中，逻辑控制未与逆变电路集成，而是单独设置在电路板.上，这种未集成逻辑控制电路的模块称为功率模块，如图24-4所示。值得注意的是，有些场合将这两种结构形式的模块统称为变频模块，可通过深入了解内部结构进行区分。
(2)光电耦合器
光电耦合器也是变频电路中的典型元器件之一。
它用来接收室外机微处理器送来的控制信号，经光电转换后送入智能功率模块中,驱动智能功率模块工作,具有光电隔离、抗干扰能力强、单向信号传输的特点。
图24-5为典型变频电路中光电耦合器的实物外形。
[提示说明]
在采用光电耦合器驱动功率模块的变频电路中,通常安装有7只光电耦合器，其中6只为驱动信号输出.光电耦合器，1只为保护电路中的反馈光耦。
目前，新型变频空调器中多采用微处理器直接驱动功率模块的形式，这种变频电路中不再设置光电耦合器。
(3)连接插件或接口
变频电路是在控制电路的控制作用下输出变频压缩机的驱动信号的， 它与控制电路、变频压缩机之间通过连接插件或接口建立关联。图24-6为变频电路中的连接插件或接口，在连接插件或接口附近通常会标识有插件功能或连接对应关系等信息。
24.1.2变频电路的工作原理
变频空调器室外机变频电路的主要功能就是为变频压缩机提供驱动信号,用来调节变频压缩机的转速实现空调器制冷剂的循环，完成热交换的功能，图24-7变频空调器中变频电路的流程框图。
从图中可以看出，交流220V经变频空调器室内机电源电路送入室外机中，经室外机电源电路以及整流滤波电路后，变为300V直流电压，为智能功率模块中的IGBT进行供电。
同时由变频空调器室内机控制电路将控制信号送到室外机控制电路中，室外机控制电路根据控制信号对变频电路进行控制，由变频控制电路输出PWM驱动信号控制智能功率模块，为变频压缩机提供所需的变频驱动信号，变频驱动信号加到变频压缩机的三相绕阻端，使变频压缩机启动运转，变频压缩机驱动制冷剂循环，进而达到冷热交换的目的。
智能功率模块是将直流电压变成交流电压的功率模块，被称为逆变器。通过6个IGBT的导通和截止控制将直流电源变成交流电压为变频压缩机提供所需的工作电压(变频驱动信号)，图24-8为变频电路中智能功率模块的工作原理(为便于理解，我们将智能功率模块的结构进行了简化，阻尼二极管也未画出)。
智能功率模块内的6只IGBT以两只为- -组，分别导通和截止。下面我们将室外机控制电路中微处理器对6只IGBT的控制过程进行分析，具体了解一下每组IGBT导通周期的工作过程。
①0°~ 120周期的工作过程
图24-9为0° ~ 120°周期的工作过程。在变频压缩.机内的电动机旋转的0° ~ 120周期，控制信号同时加到IGBT U+和V-的控制极，使之导通，于是电源+300V经智 能功率模块①脚-→U+ IGBT管--→智能功率模块③脚→∪线圈→V线圈→功率模块④脚→V_IGBT管-→智能功率模块2脚→电源负端形成回路。
②120° ~ 240°周期的工作过程
图24-10为120°~ 240°周期的工作过程。在变频压缩机旋转的120° ~ 240°周期，主控电路输出的控制信号产生变化，使IGBT V +和IGBT W_控制极为高电平而导通，于是电源+300V经智能功率模块①脚 → V+ IGBT管 → 智能功率模块④脚-→V线圈-→W线圈智能功率模块⑤脚-→W- IGBT管- >智能功率模块②脚 → 电源负端形成回路 。
图24-11为240° ~ 360周期的工作过程。在变频
压缩机旋转的240° ~ 360°周期，电路再次发生转换，IGBT W +和IGBT U_控制极为高电平导通，于是电源+300 V经功率模块①脚→W+ IGBT管→智能功率模块⑤脚→W线圈→U线圈→ 智 能功率模块③脚→U-IGBT管→智能功率模块2脚→电源负端形成回路。
[提示说明]
有很多变频电路的驱动方式采用图24-12的形式，即每个周期中变频压缩机内电动机的三相绕组中都有电流，合成磁场是旋转的，此时驱动信号加到U+、V+和W-，其电流方向如图24-12所示。
24.2变频电路的电路分析
在了解了变频电路的变频过程后，我们以典型变频空调器中的变频电路为例，进行电路的具体分析，从而清晰了解该电路的工作原理。
( 1) LG FMU2460W3M型变频空调器
变频电路的基本工作过程和信号流程图24-13为LG FMU2460W3M型变频空调器的变频电路。可以看到，该变频电路主要由光电耦合器、变频模块、变频压缩机等部分构成。
图24- I3 LG FMU2460W3M型变频空调器的变频电路
室外机电源电路为变频电路中智能功率模块和光电耦合器提供直流工作电压;室外机控制电路中的微处理器输出PWM驱动信号，经光电耦合器IC01S ~IC06S转换为电信号后，分别送入智能功率模块对应引脚中，经智能功率模块内部电路的逻辑处理和变换后，输出变频驱动信号加到变频压缩机三相绕组端,驱动变频压缩机工作。
(2)海信KFR-50LW/27ZB型变频空调
器变频电路的基本工作过程和信号流程.图24- 14为海信KFR-50LW/27ZB型变频空调器的室外机变频电路。可以看到，该电路主要是由逻辑控制芯片IC11、变频模块U1、晶体Z1 ( 8M)、过流检测电路(U2A、R32 ~ R40)等部分构成的。主要功能就是为变频压缩机提供驱动信号，用来调节变频压缩机的转速，实现变频空调器制冷剂的循环，完成热|交换的功能。
图24- 14海信KFR-50LW/27ZB型变频空调器的室外机变频电路
24.3变频电路的故障检修
变频电路出现故障经常会引起变频空调器出现不制冷/制热、制冷或制热效果差、室内机出现故障代码、压缩机不工作等现象。
24.3.1变频电路的检修分析
对变频电路进行检修，应首先采用观察法检查变频电路的主要元器件有无明显损坏或元器件脱焊、插口不良等现象，如出现上述情况则应立即更换或检修损坏的元器件。
在实际检修过程中， 变频空调器出现故障后，大多情况下不能实现正常的通电开机，此时，对变频电路的检测即为对变频电路中各部件的检测，这是掌握变频电路检修技能的关键。
图24-15典型变频空调器变频电路的检修分析。
图24-15典型变频空调器变频电路的检修分析
如图所示，变频电路中较易损坏的部件主要有智能功率模块、光电耦合器等，可重点监测。若检测变频电路中关键元器件正常，可尝试进行通电测试。即在通电状态下，根据变频电路的信号流程检测电路中的供电、输入输出的驱动信号等进行逐级排查。
24.3.2变频电路的检修方法
对变频空调器变频电路的检修，可按照前面的检修分析进行逐步检测， 对损坏的元器件或部件进行更换，即可完成对变频电路的检修。
(1)智能功率模块的检测
确定智能功率模块是否损坏时，可根据智能功率模块内部的结构特性，使用万用表的二极管检测到检测P(+)端与U、V、W端，或N(+)与U、V、W端，或P与N端之间的正反向导通特性，若符合正向导通，反向截止的特性，则说明智能功率模块正常,否则说明智能功率模块损坏，如图24-16所示。
图24-17为STK621-410型智能功率模块的检测方法。
智能功率模块其他引|脚之间也需要采用图24-17.所示方法进行逐一检测。
①将黑表笔搭在P端子上,红表笔搭在U端子上,智能功率模块P端与U端之间正向测量结果为424mV。
②将黑表笔搭在P端子.上，红表笔搭在V端子上，智能功率模块P端与V端之间正向测量结果为424mV。
③将黑表笔搭在P端子上，红表笔搭在W端子上,智能功率模块P端与W端之间正向测量结果为423mV。
④将红表笔搭在P端子上，黑表笔搭在U端子上,智能功率模块P端与U端之间反向测量结果为无穷大。
⑤将红表笔搭在P端子上，黑表笔搭在V端子上，智能功率模块P端与V端之间反向测量结果为无穷大。
⑥将红表笔搭在P端子上，黑表笔搭在W端子.上,智能功率模块P端与W端之间反向测量结果为无穷大。
⑦将黑表笔搭在N端子上，红表笔搭在U端子.上,智能功率模块N端与U端之间反向测量结果为无穷大。
⑧将黑表笔搭在N端子上，红表笔搭在V端子.上,智能功率模块N端与V端之间反向测量结果为无穷大。
⑨将黑表笔搭在N端子上,红表笔搭在W端子上，智能功率模块N端与W端之间正向测量结果为425mV。
⑩将红表笔搭在N端子上，黑表笔搭在U端子.上,智能功率模块N端与U端之间正向测量结果为42 lmV。
将红表笔搭在N端子上，黑表笔搭在V端子上,智能功率模块N端与V端之间正向测量结果为422mV。
将红表笔搭在N端子上,黑表笔搭在W端子上,智能功率模块N端与W端之间正向测量结果为425mV。
将红表笔搭在N端子上，黑表笔搭在P端子.上，智能功率模块P端与N端之间正向测量结果为765mV。
将黑表笔搭在N端子.上，红表笔搭在P端子上。智能功率模块P端与N端之间反向测量结果为无穷大。
任何一个数值异常，都表明智能功能模块内部可能存在故障。
(2)光电耦合器的检测
光电耦合器是用于驱动智能功率模块的控制信号输入电路，损坏后会导致来自室外机控制电路中的PWM信号无法送至智能功率模块的输入端。若经.上述检测室外机控制电路送来的PWM驱动信号正常，供电电压也正常，而变频电路无输出，则应对光电耦合器进行检测。
图24-18为光电耦合器的检测方法。
[提示说明]
由于在路检测，受外围元器件的干扰，测得的阻值会与实际阻值有所偏差，但内部的发光二极管基本满足正向导通，反向截止的特性;若测得的光电耦合器内部发光二极管或光敏晶体管的正反向阻值均为零、无穷大或与正常阻值相差过大，都说明光电耦合器已经损坏。
(3)变频电路中信号的检测
对变频电路中信号进行检测，要求待测变频空调器能够接入电源，且不会进入待机保护状态。检测时操作遥控器，将空调器置于制冷或制热模式中，为变频电路工作提供基本的控制前提。接下来，参照检修分析，分别对变频压缩机驱动信号、变频电路+300V供电电压、变频电路PWM驱动信号进行检测。
①变频压缩机驱动信号的检测
通电检测变频电路时，应首先对变频电路( 智能.功率模块)输出的变频压缩机驱动信号进行检测，若变频压缩机驱动信号正常，则说明变频电路正常;若变频压缩机驱动信号不正常，则需对电源电路板和控制电路板送来的供电电压和压缩机驱动信号进行检测。
图24- 19为变频压缩机驱动信号的检测方法。
图24-19变频压缩机驱动信号的检测方法在上述检测过程中，对变频压缩机驱动信号进行检测时，使用了示波器进行测试，若不具备该检测条件时，也可以用万用表测电压的方法进行检测和判断，如图24-20所示。
图24-20用万用表检测变频电路输出变频压缩机驱动电压
②变频电路300V直流供电电压的检测
变频电路的工作条件有两种，即供电电压和PWM驱动信号，若变频电路无驱动信号输出，在判断是否为变频电路的故障时，应首先对这两个工作条件进行检测。
检测时应先对变频电路(智能功率模块)的300V直流供电电压进行检测，若300 V直流供电电压正常，则说明电源供电电路正常，若供电电压不正常，则需继续对另一个工作条件PWM驱动信号进行检测。
图24-21为变频电路300V直流供电电压的检测方法。
图24-21变频电路300V直流供电电压的检测方法
③变频电路PWM驱动信号的检测
若经检测变频电路的供电电压正常，接下来需对控制电路板送来的PWM驱动信号进行检测，若PWM驱动信号也正常，而变频电路无输出，则多为变频电路故障，应重点对光电耦合器和智能功率模块进行检测;若PWM驱动信号不正常，则需对控制电路进行检测。
图24-22为变频电路PWM驱动信号的检测方法。
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