KGPS中頻電源常見故障及其防治

楊大偉，孫濤，肖宏，周宇航，湯菊霜，富冰偉

(國營第一二三廠，黑龍江 齊齊哈爾 161046)

晶閘管中頻電源是一種將50 Hz交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l50～10000 Hz交流電的靜止式變頻裝置。適用于金屬熔煉、透熱、淬火及各種金屬釬焊等感應(yīng)加熱場合，尤其適用于頻繁啟動的設(shè)備。

KGPS中頻電源采用全集成電路系統(tǒng)控制，取代了原中頻電源的插件式控制系統(tǒng)，使中頻電源運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠，且噪聲小。目前國營第一二三廠多應(yīng)用此系列的中頻電源，其中800 kW中頻電源與多臺中頻感應(yīng)加熱裝置配合使用，滿足各類科研、民品項(xiàng)目的試制和生產(chǎn)任務(wù)。

1 電路組成及工作原理

KGPS中頻電源基本電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。此中頻由整流電路、逆變電路、觸發(fā)控制電路及負(fù)載電路組成。整流電路為三相全控橋式整流電路，其作用是將50 Hz交流電轉(zhuǎn)換成直流電。逆變電路由4個(gè)可控硅組成，由集成電路控制系統(tǒng)中的逆變觸發(fā)單元電路控制，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，輸出到感應(yīng)加熱裝置與中頻電容器組成的并聯(lián)諧振負(fù)載電路，實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)加熱裝置內(nèi)的坯料加熱。

2 KGPS中頻電源常見故障分析及檢修

全集成電路控制KGPS中頻電源結(jié)構(gòu)形式簡單，但其集成度高，控制電路復(fù)雜，故障原因多樣化，檢修故障點(diǎn)難度大。其常見故障表現(xiàn)為逆變失敗，過流保護(hù)動作，控制回路元件燒損或集成控制塊損壞等。

圖1 KGPS中頻電源基本電路結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic circuit diagram of KGPS medium frequency power supply

2.1 直流電壓升不到額定值

故障現(xiàn)象:整流電路的工作電壓升不到額定值，導(dǎo)致中頻電源功率下降，達(dá)不到產(chǎn)品加熱要求。

從圖1整流電路部分可以看出，整流電壓不穩(wěn)定是由以下幾個(gè)方面造成的:工頻電網(wǎng)電壓過低;整流側(cè)可控硅失效;整流電路觸發(fā)信號不穩(wěn)定。

解決方案為:檢測工頻電網(wǎng)電壓，如過低，可適當(dāng)調(diào)高供電變壓;檢測整流側(cè)可控硅是否損壞，如損壞，馬上調(diào)換;用示波器檢測整流觸發(fā)脈沖，如整流脈沖時(shí)序圖不穩(wěn)定，說明整流控制電路出現(xiàn)故障，應(yīng)對產(chǎn)生信號波形的各輸出點(diǎn)進(jìn)行檢測，對信號失真電路周圍元器件進(jìn)行檢查，脈沖不穩(wěn)定的原因一般為整流觸發(fā)單元芯片性能下降或發(fā)信號輸出端元器件電器性能下降。

2.2 逆變電路輸出頻率不穩(wěn)定

故障現(xiàn)象:逆變電路能啟動，但輸出頻率不穩(wěn)定。

此類故障屬于軟性故障，維修難度較大。由于中頻電源頻率是由可控硅觸發(fā)脈沖頻率決定的，故需檢查逆變觸發(fā)電路。首先檢查逆變可控硅，如無損壞，再用示波器依次檢測可控硅的觸發(fā)脈沖。如逆變觸發(fā)單元元器件未發(fā)現(xiàn)損壞，但控制板端輸出信號異常，可能是單元集成芯片損壞，則對ZPMK芯片2腳輸入信號進(jìn)行檢測并調(diào)整，待信號正常，再對ZPMK芯片信號輸出3腳、4腳信號進(jìn)行觀察。若此時(shí)信號仍失真且不穩(wěn)定，將控制電路板取下，更換ZPMK芯片，重新啟動中頻電源，使系統(tǒng)工作恢復(fù)穩(wěn)定。

2.3 中頻電源工作過程中停機(jī)

故障現(xiàn)象:中頻電源工作過程中，突然停機(jī);停機(jī)片刻，重新啟動中頻電源，系統(tǒng)恢復(fù)工作，再次突然停機(jī)。用示波器對圖2上A，B兩點(diǎn)進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)工作一段時(shí)間，波形異常。

圖2 整流脈沖Fig.2 Normal waveform figure

這可能是由于中頻電容器使用時(shí)間過長，性能下降，發(fā)熱使電容短路造成的。更換電容組后，中頻電源恢復(fù)正常工作。

維修時(shí)，首先對中頻電源的整流電路、逆變電路進(jìn)行檢查，如其沒有異常，更換中頻電源控制板。如故障仍存在，則就有很大可能是負(fù)載電路的感應(yīng)加熱裝置或中頻電容失效。

2.4 負(fù)載與中頻電源不匹配

因生產(chǎn)需要，需更換不同型號的感應(yīng)加熱裝置對毛坯加熱。由于各型號感應(yīng)加熱裝置的性能差異，導(dǎo)致中頻電源與負(fù)載電路不匹配，中頻電源無法正常工作。

針對這一現(xiàn)象，首先根據(jù)公式(1)計(jì)算出各感應(yīng)加熱爐的電感量:

式中:D為感應(yīng)線圈直徑;N為感應(yīng)線圈匝數(shù);l為感應(yīng)線圈長度。

計(jì)算出各型號感應(yīng)加熱裝置的電感量后，通過公式(2)計(jì)算出各感應(yīng)加熱爐與中頻電容器相配合的諧振頻率f。

式中:L為感應(yīng)加熱爐電感量;C為中頻電容電容量。

計(jì)算完各感應(yīng)裝置與中頻電源配合的諧振頻率后，通過調(diào)節(jié)控制板上W6電阻微調(diào)器對中頻電源的起振頻率進(jìn)行調(diào)整，調(diào)出能同時(shí)滿足幾種感應(yīng)加熱裝置工作的起振頻率，使生產(chǎn)中的這一問題得以解決。

3 KGPS系列中頻電源的常見故障及維修方法

3.1 過壓故障

1)檢查進(jìn)線工頻電壓是否過高;

2)檢查周圍用電設(shè)備(如大電機(jī)、變壓器)是否突然關(guān)斷產(chǎn)生瞬間沖擊電壓;

3)檢查負(fù)載線路，檢查W1(Vf)反饋是否過于靈敏;

4)檢查中頻變壓器副邊繞組輸出是否過高;

5)檢查晶閘管、快速熔斷器是否燒壞;

6)檢查主回路、控制回路接線是否正常。

3.2 過流故障

1)檢查工頻進(jìn)線電壓是否太高;

2)檢查負(fù)載感應(yīng)器有無匝間短路現(xiàn)象;

3)檢查中頻電容器有無擊穿短路現(xiàn)象;

4)檢查晶閘管、快熔、平波電抗器有無損壞或匝間短路;

5)檢查W2(Vf)是否過于靈敏;

6)檢查兩極電流互感器及負(fù)載電阻是否損壞。

3.3 缺相故障

1)檢查主供電回路，包括變壓器，低壓配電柜(盤)，一直到中頻電源柜進(jìn)線 VAB，VBC，VCA，及VAO，VBO，VCO是否缺相;

2)檢查中頻電源柜閘刀開關(guān)、快熔是否完好;

3)檢查整流晶閘管是否損壞;

4)檢查整流脈沖變壓器K4，K6，K2接線是否正確完好;

5)檢查中央控制板是否完好。

3.4 中頻電源無法啟動

1)檢查主回路晶閘管、快熔、電抗器等器件是否損壞;

2)檢查主回路、控制回路所有接線是否正確完好;

3)脫開逆變橋，檢查調(diào)節(jié)整流橋是否正常工作;

4)倒換CON2-1，CON2-2中頻信號輸入接頭，將中頻電壓信號輸入相位倒接180°;

5)調(diào)節(jié)W1，W2，使它激掃頻最高頻率為負(fù)載固有振蕩頻率的1.2～1.3倍;

6)調(diào)節(jié)W1，W2，使中頻電壓、工頻電流信號反饋為合適的數(shù)值;

7)檢查、計(jì)算負(fù)載特性和參數(shù);

8)檢查DIP開關(guān)的位置是否正確;

9)調(diào)節(jié)W3，W5，適當(dāng)提高UH/Ud的比值，改善逆變晶閘管的換流條件;

10)用搖表認(rèn)真檢查負(fù)載，感應(yīng)器是否對地短路、匝間短路，水冷電纜是否對地短路，中頻電容器有無擊穿等不正?，F(xiàn)象。

總之，遇到這個(gè)問題時(shí)，應(yīng)該按照圖紙、說明書和有關(guān)資料一步一步檢查，逐一排除故障和不匹配的因素。

4 結(jié)語

通過對中頻電源的維修實(shí)踐，總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和體會。

1)就KGPS系列中頻電源來說，其故障設(shè)備連續(xù)使用過程中，由于機(jī)內(nèi)溫度高，散熱條件惡化，導(dǎo)致一些元器件的燒壞，如可控硅，發(fā)生故障時(shí)需要重點(diǎn)檢查。

2)維修中不要忽視一些最簡單、最基本的環(huán)節(jié)，包括連接線的通斷，接插頭是否牢固可靠以及傳遞信號的基本元器件是否正常工作，通常一些故障是由最簡單的問題所引發(fā)的。

3)某些元器件冷態(tài)下測量是正常的，但其熱性能已變壞，加電就不能正常工作。當(dāng)維修陷入困境時(shí)，要分析某些元器件的熱性能是否變壞。

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