淺析晶閘管直流調(diào)速裝置維修

陳培超

摘 要：廣州昊天化學（集團）有限公司機修分廠10噸自調(diào)式焊接滾輪架可控硅直流調(diào)速裝置不能啟動工作，經(jīng)初步檢查，可控硅的觸發(fā)電源變壓器已經(jīng)燒壞，拆下電氣控制主板，檢查可控硅，可控硅已燒壞，經(jīng)更換可控硅和對觸發(fā)電源變壓器進行一系列處理，并采取改進運算放大器電源穩(wěn)壓方式的有效方法，反復(fù)模擬試驗，排除故障，檢修成功。

關(guān)鍵詞：可控硅；觸發(fā)；電源

晶閘管（俗稱可控硅）是一種大功率的可控整流元件?？煽毓枵髋c普通二極管整流的最大區(qū)別是：經(jīng)可控硅整流后，輸出直流電壓的平均值的大小是可以控制的，即可控整流?？煽毓璧膽?yīng)用電路有：橋式半控整流電路、交流調(diào)壓電路、斬波調(diào)速電路、有源逆電電路等等?？煽毓璧念愋陀校嚎焖傩?、單向型、雙向型、關(guān)斷型和逆導型等。各種具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、控制靈敏等優(yōu)點?？煽毓璞粡V泛應(yīng)用于可控整流、逆變、斬波、調(diào)壓及無觸點開關(guān)等大功率的電能轉(zhuǎn)換和自動控制領(lǐng)域。特別是在直流調(diào)速系統(tǒng)中，廣州昊天化學（集團）有限公司機修分廠購進的10噸自調(diào)查式焊接滾輪架可控硅直流調(diào)速裝置就是應(yīng)用了這種技術(shù)，采用了可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)。我在廣州昊天化學（集團）有限公司工作期間，維修過這臺設(shè)備。本文針對這臺設(shè)備的檢修，談?wù)剻z修過程和心得體會。

故障現(xiàn)象：根據(jù)設(shè)備使用者——焊工反映，在使用過程中，忽然聞到燒焦味，勵磁電機停轉(zhuǎn)，遙控、近控均失效，控制柜的控制面板上各個控制按鈕都不起作用，只是電源指示燈亮。焊工斷開電源刀閘，待修。

檢查過程和檢查結(jié)果：斷開控制柜的電源開關(guān)，打開控制柜的柜門，在現(xiàn)場用觀察法初步檢查控制主板，只見供給主板運算放大器的電源變壓器TC2已燒焦，為了作進一步的檢查和檢測，解除控制主板的外連接線，連同控制主板的散熱器一齊拆下，帶回檢測和維修。

回到檢修工作室，馬上用螺絲刀解開兩個晶閘管模塊的安裝螺栓，卸下控制主板，拆除兩個晶閘管模塊的共用散熱器，拆下運算放大器的電源變壓器，委托廣州昊天化學（集團）有限公司動力分廠的電機維修組重繞；用萬用表×100歐姆檔，檢查二極管模塊，正向電阻為幾百歐姆，反向電阻接近∞，正反向電阻值均正常。用電池燈觸發(fā)法，檢查兩只可控硅模塊，按照下圖接線。

連接好后，合上開關(guān)SA，小燈珠亮，斷開開關(guān)SA，小燈珠仍然亮著，說明這只可控硅沒問題，是好的；換接另一只，連接好后，合上開關(guān)SA，小燈珠不亮，說明此只可控硅已燒壞。再檢查觸發(fā)電路，發(fā)現(xiàn)V46（型號是3DG12B鋼盔頭型晶體管）和R39（色環(huán)為：棕、黑、棕、金，電阻值是100Ω）均已燒壞。

故障分析和檢修過程：為了先排除控制主板以外的故障，解開連接電機的電纜，電纜兩端均無任何連接后，用型號為ZC-500的500伏搖表，測量電纜各根線的絕緣和是否開路，檢測結(jié)果是各根線芯間的絕緣均為∞，各根線芯均無開路；接著用4只型號為ZP200-16的大功率硅二極管，用銅板連接，組成橋式整流電路檢查勵磁電機，經(jīng)通電試驗，電機運行正常。

這樣，故障的檢查和檢測就主要集中在控制主板上了。

用萬用表再詳細檢測控制主板上各個元件，已證實無其他元件損壞。更換各個已檢測損壞的元件：（1）V46改用塑封型8015管子代替；（2）R39換上一只等功率的100Ω電阻；（3）更換可控硅模塊；（4）運算放大器電源變壓器已繞制好，安裝到主板上，并焊接好。

裝好控制主板，按照使用說明書接好各連接線后，合上刀閘QS和負荷開關(guān)QF，按下啟動按鈕SB，控制面板上的電壓表無指示，調(diào)節(jié)控制面板上的電位器W，電機無任何反應(yīng)；觀察控制主板，只見控制主板上發(fā)光二極管V28和V29都已發(fā)亮，主回路的保險絲已燒斷；V28亮則說明保護回路已過流動作，而V29亮則是勵磁回路未能起作用，電機不能啟動運行。斷開電源，又連同散熱器拆下控制主板，帶回辦公室做再次檢測。

又用電池燈觸發(fā)法檢測可控硅模塊，同樣的結(jié)果：燒壞了一只，再檢測其他元件，全部完好無損。是什么原因造成主回路的可控硅又燒壞一只呢？

作進一步的分析：由于無法購買到新的可控硅模塊，只好購買回二手的可控硅模塊。為了先排除可控硅模塊本身是否存在問題，自行設(shè)計了一個試驗可控硅模塊的耐壓電路，對可控硅模塊進行工頻耐壓試驗，用升壓變壓器慢慢將電壓升高，升高到800V時，電路中無任何不良反應(yīng)——擊穿或閃爍。說明可控硅模塊耐壓正常，無質(zhì)量問題。

試驗可控硅模塊耐壓電路如下圖所示。

可控硅模塊耐壓試驗電路

排除了可控硅模塊不存在缺陷后，查看電氣原理圖。根據(jù)該設(shè)備電氣原理圖可知，該項裝置的主回路采用了兩個模塊：模塊一，是兩只二極管VD1和VD2組成的模塊；模塊二，是兩只可控硅VK1和VK2組成的模塊。此兩個模塊構(gòu)成單相橋式半控整流電路，采用了壓敏電阻RV1和阻容電路（R26和C28組成）作為保護電路，由C29和R27構(gòu)成濾波電路，由V1和V2兩點采樣形成電壓負反饋，外連接就是直流電機了。

在主電路中已經(jīng)沒有任何元件可能會造成可控硅模塊損壞，那么只有可能是可控硅模塊觸發(fā)電源的電路造成。將重點放在觸發(fā)電源電路展開各個元器件進行詳細檢測，用萬用表在觸發(fā)電源電路板上逐個元器件地毯式檢測，結(jié)果表明沒有其他元器件存在隱患。但確定故障就在觸發(fā)電源電路中，也許是某個元器件存在著隱性故障。首先是從大元器件開始排查，觸發(fā)電源變壓器TC1，為了斷開與電路中其他元器件的連接，將觸發(fā)電源變壓器TC1從觸發(fā)電源電路板中拆下，用指針式萬用表電阻測量各繞組，均有一定的阻值，不存在短路，但不能穩(wěn)定在一定的數(shù)值上，說明觸發(fā)電源變壓器TC1的本身內(nèi)部存在隱性缺陷。也許是初次級繞組間的絕緣不足，也許是繞組的匝間絕緣不好。改用搖表檢測絕緣，用ZC-500型500V搖表檢測繞組間的絕緣電阻，一組的絕緣電阻值是∞，另一組的絕緣電阻值幾乎是0。從這一檢測結(jié)果表明，可以斷定隱性故障就是觸發(fā)電源變壓器TC1所致。再根據(jù)廣州昊天化學（集團）有限公司機修分廠使用環(huán)境的情況分析，可能是由于使用場所的環(huán)境潮濕，保養(yǎng)不善，使觸發(fā)電源變壓器受潮造成。

故障點已找到，如何去解決故障？解決方法提出了三個方案：（1）修復(fù)原來的觸發(fā)電源變壓器TC1；（2）重新制作一只與原來一樣的觸發(fā)電源變壓器；（3）購買一只與原來一樣的觸發(fā)電源變壓器。

方案分析：由于觸發(fā)電源變壓器購買非常困難，因為要找到電壓值相同、功率相同以及阻抗也相同的觸發(fā)電源變壓器是不可能的，要么訂制，但時間跨度比較長，因此排除方案（3）；自己制作觸發(fā)電源變壓器，由于公司的制作條件的制約，制作觸發(fā)電源變壓器的工藝難度較大，無法自己制作，故也排除方案（2）；決定嘗試修復(fù)原來的觸發(fā)電源變壓器，若無法修復(fù)的話，再采用方案（3），訂制觸發(fā)電源變壓器。

修復(fù)過程：將觸發(fā)電源變壓器TC1置于廣州昊天化學（集團）有限公司動力分廠電機維修組的蒸汽烘房內(nèi)，過了24小時左右，取出，立即又將觸發(fā)電源變壓器TC1浸沒于絕緣油漆中4～5小時，取出又置回蒸汽烘房內(nèi)，直至烘干絕緣油漆。烘干后，取回再用相同的搖表測量各組間的絕緣電阻，檢測結(jié)果是：各繞組間的絕緣電阻均為∞，用萬用表電阻檔測量各繞組的電阻，電阻值也穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。修復(fù)的效果顯著，達到預(yù)期的目的。

裝上觸發(fā)電源變壓器TC1，換上好的可控硅模塊，用燈泡代替電機，接在AM、BM接線柱上，在4、5、6接線孔按上100 kΩ電位器W，模擬試驗。接通電源，調(diào)節(jié)電位器W，燈泡毫無反應(yīng)，說明電路還未能正常工作；用示波器檢測g1T和g2觸發(fā)脈沖輸出點，都沒有脈沖輸出；再檢測前一級，測量R36左端，沒有輪子波形；再檢測前一級，測量R24左端，也沒有輸出波形，說明運算放大器未正常工作，運算放大器全部是換了新的，確認沒有損壞，那么影響運算放大器不能工作的只有可能是電源問題了。

運算放大器的型號是LM348N，塑封型雙列共十六腳，正、負12V雙電源供電。用數(shù)字萬用表測量P12的電壓，電壓值是+16.8V；用數(shù)字萬用表測量N12的電壓，電壓值是-13.7V，兩端的電壓值的絕對值相差竟高達3.1V。用數(shù)字萬用表測量交流側(cè)m對中性點的電壓，電壓值是13.6V；用數(shù)字萬用表測量交流側(cè)n對中性點的電壓，電壓值是11.7V。經(jīng)比較，原來在交流側(cè)已不平衡，并造成直流側(cè)的電壓相差較大。此變壓器是委托電機維修繞制，由于疏忽，未做次級電壓檢測就安裝到主板上，從而發(fā)現(xiàn)了新問題。

既然又檢測出運算放大器工作雙電源不平衡，那么有什么方法改進呢？改進方案：采用穩(wěn)壓電源。

根據(jù)電氣原理電路圖可知，P12輸出端是由C30與R68組成濾波電路，由V41穩(wěn)壓輸出。同樣，N12輸出端是由C22與R69組成濾波電路，由V42穩(wěn)壓輸出。電容C22、C30均采用了25V-220μF的電解電容，電阻R68、R69均為100Ω。為改善輸出電源的平衡，進行穩(wěn)壓電源改進。拆除電阻R68、R69和V41、V42改用三端集成穩(wěn)壓電路帶散熱片的集成塊LM7812、LM7912，V41、V42改為25V-1000μF的電解電容。

改裝完畢后，通電測試，P12輸出的電壓值是+12V，N12輸出的電壓值是-11.9V，基本上趨于平衡，并得到可靠的穩(wěn)壓電源輸出。改裝后電路如下圖所示。

未改裝前的電路圖如下。

改裝檢測完畢，又用燈泡模擬通電試驗，慢慢調(diào)節(jié)電位器W，模擬負載——燈泡由暗變亮，反調(diào)時，又由亮變暗，說明控制主板已經(jīng)能正常工作，故障排除，大功告成。

模擬試驗結(jié)束后，將控制主板帶到現(xiàn)場，接好外部連接線和勵磁電機，通電試驗，慢慢調(diào)節(jié)控制面板上的電位器W，電機啟動，并隨電位器的調(diào)節(jié)控制了轉(zhuǎn)速，滾輪架開始工作，試通電結(jié)束，檢修成功。交付機修分廠的使用者。

檢修體會：通過這次對可控硅控制系統(tǒng)的全面維修，充分認識和熟悉可控硅控制系統(tǒng)的電路組成，掌握了在可控硅控制區(qū)系統(tǒng)中可能引起故障的多種原因，特別是各種軟性故障，深深體會到軟性故障的隱蔽性。為以后的檢修工作積累和總結(jié)了寶貴的檢修經(jīng)驗：當有關(guān)可控硅控制的控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，應(yīng)當重點檢測和檢查觸發(fā)電路部分。另外，檢測和檢查運算放大器的信號和電源部分，特別是要注意有可能存在軟性故障的元器件。當我講授到維修電工的可控硅知識點時，作為案例講解給學生，收到較好的教學效果。

但是，如今的電氣控制技術(shù)發(fā)展神速，同時又不斷從國外引進新技術(shù)和新設(shè)備以及電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新立異，新產(chǎn)品層出不窮、日新月異。在新世紀、新知識爆炸時期，從事電氣教育工作的教師，應(yīng)牢固掌握本專業(yè)的科技知識以外，還應(yīng)拓寬知識面，不斷地學習和掌握各個相關(guān)專業(yè)的有關(guān)知識，譬如，從前年開始，我就深入對數(shù)控知識和數(shù)控設(shè)備的檢修進行學習。這樣，才能適應(yīng)新時期的發(fā)展，才能適應(yīng)新技術(shù)、新設(shè)備、新知識的教學工作，在電氣教學工作中發(fā)揮更大的作用。

在撰寫本論文的過程中，受到論文指導教師的悉心指導，查閱檢修過程的相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，得到廣州昊天化學（集團）有限公司老同事的熱心幫助及支持。對幫助和指導我的同事和朋友，謹此表示衷心的感謝。

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