Diagnostyka układów sterowania falownika

Czym jest układ sterowania falownika?

Układ sterowania odpowiada za prawidłową pracę falownika oraz kontrolę jego stopnia mocy. Odbiera sygnały z wejść, przetwarza informacje o stanie urządzenia i generuje sygnały sterujące dla tranzystorów mocy.

W zależności od konstrukcji falownika układ sterowania może obejmować między innymi mikrokontroler, procesor sygnałowy, układy pomiarowe, drivery IGBT, układy zabezpieczeń oraz lokalne zasilacze.

Awaria jednego z tych elementów może całkowicie zablokować pracę falownika.

Objawy problemów z układem sterowania

Uszkodzenie elektroniki sterującej może powodować różne objawy. Nie zawsze są one jednoznaczne, dlatego konieczna jest analiza całego urządzenia.

Do typowych objawów należą:

• brak możliwości uruchomienia falownika,
• brak reakcji na sygnał START,
• brak napięcia wyjściowego,
• losowe alarmy,
• nieprawidłowe wskazania parametrów,
• problemy z komunikacją,
• samoczynne zatrzymywanie napędu,
• błędne sterowanie modułami IGBT,
• niestabilna praca urządzenia.

W niektórych przypadkach falownik może uruchamiać się prawidłowo, ale nie wykonywać poprawnie poleceń sterujących.

Zasilanie układu sterowania

Pierwszym etapem diagnostyki powinno być sprawdzenie zasilania elektroniki.

Układy sterowania często korzystają z kilku napięć pomocniczych, dlatego należy sprawdzić ich obecność oraz stabilność.

Problemy mogą powodować:

• uszkodzone stabilizatory,
• przetwornice DC/DC,
• kondensatory filtrujące,
• bezpieczniki,
• rezystory zabezpieczające,
• uszkodzone elementy zasilania pomocniczego.

Nieprawidłowe napięcie zasilające może powodować pozornie niezwiązane ze sobą objawy, takie jak błędy komunikacji, resetowanie procesora lub brak sterowania stopniem mocy.

Mikrokontroler i procesor sterujący

Procesor odpowiada za realizację algorytmów sterowania oraz przetwarzanie informacji z układów pomiarowych.

Jego nieprawidłowa praca może być związana z:

• problemem z zasilaniem,
• uszkodzeniem pamięci,
• nieprawidłowym sygnałem zegarowym,
• uszkodzeniem samego procesora,
• błędami oprogramowania lub konfiguracji,
• uszkodzeniem magistral komunikacyjnych.

W przypadku podejrzenia problemu z procesorem należy najpierw wykluczyć awarie jego układów zasilania i elementów współpracujących.

Układy pomiarowe

Falownik musi stale monitorować parametry swojej pracy. Do sterownika trafiają informacje między innymi o prądzie, napięciu, temperaturze oraz stanie obwodu pośredniego DC BUS.

Uszkodzenie toru pomiarowego może powodować błędną interpretację parametrów przez układ sterowania.

Przykładowo nieprawidłowy sygnał pomiaru prądu może skutkować zgłoszeniem błędu przeciążenia lub zablokowaniem stopnia mocy mimo prawidłowego stanu silnika.

Drivery IGBT

Driver jest elementem pośredniczącym pomiędzy układem sterowania a tranzystorem IGBT.

Jego zadaniem jest dostarczenie odpowiedniego sygnału sterującego oraz często również zapewnienie ochrony tranzystora przed nieprawidłowymi warunkami pracy.

Podczas diagnostyki można sprawdzić:

• napięcia zasilające driver,
• sygnały sterujące,
• sygnały na wyjściu drivera,
• rezystory bramkowe,
• układy izolacji,
• obwody zabezpieczeń,
• sygnały błędu zwrotnego.

Uszkodzony driver może powodować brak pracy jednej z gałęzi stopnia mocy lub doprowadzić do ponownego uszkodzenia modułu IGBT.

Układy zabezpieczeń

Falownik posiada wiele zabezpieczeń chroniących elektronikę oraz napęd przed uszkodzeniem.

Układy sterowania mogą reagować między innymi na:

• nadprąd,
• przepięcie,
• zbyt niskie napięcie,
• przegrzanie,
• zwarcie,
• nieprawidłowe sterowanie tranzystorami.

Awaria układu zabezpieczającego może powodować błędne alarmy lub całkowitą blokadę pracy falownika.

Sygnały sterujące

Podczas diagnostyki należy sprawdzić, czy układ sterowania otrzymuje właściwe informacje z pozostałych elementów urządzenia.

W zależności od konstrukcji mogą to być:

• sygnały START/STOP,
• zadana częstotliwość,
• sygnały wejść cyfrowych,
• sygnały analogowe,
• informacje z panelu operatorskiego,
• dane z magistrali komunikacyjnej,
• sygnały zwrotne z układów pomiarowych.

Brak jednego z wymaganych sygnałów może uniemożliwić wygenerowanie sterowania dla stopnia mocy.

Diagnostyka oscyloskopem

W bardziej zaawansowanych przypadkach pomocnym narzędziem jest oscyloskop. Pozwala obserwować rzeczywiste przebiegi sygnałów sterujących oraz sprawdzić, czy układ generuje prawidłowe impulsy.

Można w ten sposób analizować między innymi:

• sygnały sterujące driverami,
• przebiegi na bramkach IGBT,
• sygnały pomiarowe,
• tętnienia zasilania,
• przebiegi komunikacyjne,
• zachowanie układu podczas uruchamiania.

Pomiary w obwodach mocy i przy wysokich napięciach wymagają odpowiedniego wyposażenia pomiarowego oraz zachowania zasad bezpieczeństwa.

Diagnostyka krok po kroku

Prawidłową diagnostykę warto prowadzić od najprostszych elementów do bardziej złożonych.

W pierwszej kolejności należy sprawdzić:

• zasilanie układu sterowania,
• obecność wszystkich napięć pomocniczych,
• stan alarmów,
• sygnały wejściowe,
• układy pomiarowe,
• komunikację,
• sterowanie driverami,
• stopień mocy.

Takie podejście pozwala ograniczyć ryzyko wymiany sprawnych elementów i ułatwia znalezienie rzeczywistej przyczyny awarii.

Czy uszkodzenie układu sterowania można naprawić?

Wiele usterek elektroniki sterującej można zdiagnozować i naprawić na poziomie komponentów. Zakres naprawy zależy jednak od konstrukcji urządzenia, dostępności dokumentacji oraz rodzaju uszkodzenia.

Naprawa może obejmować wymianę uszkodzonych układów zasilania, driverów, elementów pomiarowych, komponentów zabezpieczających lub innych elementów płytki sterującej.

Podsumowanie

Diagnostyka układów sterowania jest istotnym etapem naprawy falownika, szczególnie gdy objawy wskazują na problemy z uruchomieniem, sterowaniem stopnia mocy, pomiarami lub komunikacją. Systematyczne sprawdzenie zasilania, sygnałów sterujących, układów pomiarowych i driverów pozwala zawęzić obszar poszukiwania usterki i uniknąć niepotrzebnej wymiany sprawnych podzespołów.