陳培超

摘 要：廣州昊天化學(xué)（集團(tuán)）有限公司機(jī)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(dòng)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(duì)觸發(fā)電源變壓器進(jìn)行一系列處理，并采取改進(jìn)運(yùn)算放大器電源穩(wěn)壓方式的有效方法，反復(fù)模擬試驗(yàn)，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。可控硅整流與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(dǎo)型等。各種具有體積小、重量輕、效率高、壽命長(zhǎng)、控制靈敏等優(yōu)點(diǎn)。可控硅被廣泛應(yīng)用于可控整流、逆變、斬波、調(diào)壓及無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等大功率的電能轉(zhuǎn)換和自動(dòng)控制領(lǐng)域。特別是在直流調(diào)速系統(tǒng)中，廣州昊天化學(xué)（集團(tuán)）有限公司機(jī)修分廠購(gòu)進(jìn)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(xué)（集團(tuán)）有限公司工作期間，維修過(guò)這臺(tái)設(shè)備。本文針對(duì)這臺(tái)設(shè)備的檢修，談?wù)剻z修過(guò)程和心得體會(huì)。

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

檢查過(guò)程和檢查結(jié)果：斷開(kāi)控制柜的電源開(kāi)關(guān)，打開(kāi)控制柜的柜門，在現(xiàn)場(chǎng)用觀察法初步檢查控制主板，只見(jiàn)供給主板運(yùn)算放大器的電源變壓器TC2已燒焦，為了作進(jìn)一步的檢查和檢測(cè)，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(cè)和維修。

回到檢修工作室，馬上用螺絲刀解開(kāi)兩個(gè)晶閘管模塊的安裝螺栓，卸下控制主板，拆除兩個(gè)晶閘管模塊的共用散熱器，拆下運(yùn)算放大器的電源變壓器，委托廣州昊天化學(xué)（集團(tuán)）有限公司動(dòng)力分廠的電機(jī)維修組重繞；用萬(wàn)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?zé)粲|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(kāi)關(guān)SA，小燈珠亮，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SA，小燈珠仍然亮著，說(shuō)明這只可控硅沒(méi)問(wèn)題，是好的；換接另一只，連接好后，合上開(kāi)關(guān)SA，小燈珠不亮，說(shuō)明此只可控硅已燒壞。再檢查觸發(fā)電路，發(fā)現(xiàn)V46（型號(hào)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(guò)程：為了先排除控制主板以外的故障，解開(kāi)連接電機(jī)的電纜，電纜兩端均無(wú)任何連接后，用型號(hào)為ZC-500的500伏搖表，測(cè)量電纜各根線的絕緣和是否開(kāi)路，檢測(cè)結(jié)果是各根線芯間的絕緣均為∞，各根線芯均無(wú)開(kāi)路；接著用4只型號(hào)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(lì)磁電機(jī)，經(jīng)通電試驗(yàn)，電機(jī)運(yùn)行正常。

這樣，故障的檢查和檢測(cè)就主要集中在控制主板上了。

用萬(wàn)用表再詳細(xì)檢測(cè)控制主板上各個(gè)元件，已證實(shí)無(wú)其他元件損壞。更換各個(gè)已檢測(cè)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(yùn)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(shuō)明書接好各連接線后，合上刀閘QS和負(fù)荷開(kāi)關(guān)QF，按下啟動(dòng)按鈕SB，控制面板上的電壓表無(wú)指示，調(diào)節(jié)控制面板上的電位器W，電機(jī)無(wú)任何反應(yīng)；觀察控制主板，只見(jiàn)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(xiǎn)絲已燒斷；V28亮則說(shuō)明保護(hù)回路已過(guò)流動(dòng)作，而V29亮則是勵(lì)磁回路未能起作用，電機(jī)不能啟動(dòng)運(yùn)行。斷開(kāi)電源，又連同散熱器拆下控制主板，帶回辦公室做再次檢測(cè)。

又用電池?zé)粲|發(fā)法檢測(cè)可控硅模塊，同樣的結(jié)果：燒壞了一只，再檢測(cè)其他元件，全部完好無(wú)損。是什么原因造成主回路的可控硅又燒壞一只呢？

作進(jìn)一步的分析：由于無(wú)法購(gòu)買到新的可控硅模塊，只好購(gòu)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(wèn)題，自行設(shè)計(jì)了一個(gè)試驗(yàn)可控硅模塊的耐壓電路，對(duì)可控硅模塊進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，用升壓變壓器慢慢將電壓升高，升高到800V時(shí)，電路中無(wú)任何不良反應(yīng)——擊穿或閃爍。說(shuō)明可控硅模塊耐壓正常，無(wú)質(zhì)量問(wèn)題。

試驗(yàn)可控硅模塊耐壓電路如下圖所示。

可控硅模塊耐壓試驗(yàn)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(xiàng)裝置的主回路采用了兩個(gè)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(gè)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(hù)電路，由C29和R27構(gòu)成濾波電路，由V1和V2兩點(diǎn)采樣形成電壓負(fù)反饋，外連接就是直流電機(jī)了。

在主電路中已經(jīng)沒(méi)有任何元件可能會(huì)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(diǎn)放在觸發(fā)電源電路展開(kāi)各個(gè)元器件進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，用萬(wàn)用表在觸發(fā)電源電路板上逐個(gè)元器件地毯式檢測(cè)，結(jié)果表明沒(méi)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(gè)元器件存在著隱性故障。首先是從大元器件開(kāi)始排查，觸發(fā)電源變壓器TC1，為了斷開(kāi)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(wàn)用表電阻測(cè)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(shuō)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(jí)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(cè)絕緣，用ZC-500型500V搖表檢測(cè)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(cè)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(xué)（集團(tuán)）有限公司機(jī)修分廠使用環(huán)境的情況分析，可能是由于使用場(chǎng)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(diǎn)已找到，如何去解決故障？解決方法提出了三個(gè)方案：（1）修復(fù)原來(lái)的觸發(fā)電源變壓器TC1；（2）重新制作一只與原來(lái)一樣的觸發(fā)電源變壓器；（3）購(gòu)買一只與原來(lái)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(gòu)買非常困難，因?yàn)橐业诫妷褐迪嗤?、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(shí)間跨度比較長(zhǎng)，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(wú)法自己制作，故也排除方案（2）；決定嘗試修復(fù)原來(lái)的觸發(fā)電源變壓器，若無(wú)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(guò)程：將觸發(fā)電源變壓器TC1置于廣州昊天化學(xué)（集團(tuán)）有限公司動(dòng)力分廠電機(jī)維修組的蒸汽烘房?jī)?nèi)，過(guò)了24小時(shí)左右，取出，立即又將觸發(fā)電源變壓器TC1浸沒(méi)于絕緣油漆中4～5小時(shí)，取出又置回蒸汽烘房?jī)?nèi)，直至烘干絕緣油漆。烘干后，取回再用相同的搖表測(cè)量各組間的絕緣電阻，檢測(cè)結(jié)果是：各繞組間的絕緣電阻均為∞，用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)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(dá)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(jī)，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(yàn)。接通電源，調(diào)節(jié)電位器W，燈泡毫無(wú)反應(yīng)，說(shuō)明電路還未能正常工作；用示波器檢測(cè)g1T和g2觸發(fā)脈沖輸出點(diǎn)，都沒(méi)有脈沖輸出；再檢測(cè)前一級(jí)，測(cè)量R36左端，沒(méi)有輪子波形；再檢測(cè)前一級(jí)，測(cè)量R24左端，也沒(méi)有輸出波形，說(shuō)明運(yùn)算放大器未正常工作，運(yùn)算放大器全部是換了新的，確認(rèn)沒(méi)有損壞，那么影響運(yùn)算放大器不能工作的只有可能是電源問(wèn)題了。

運(yùn)算放大器的型號(hào)是LM348N，塑封型雙列共十六腳，正、負(fù)12V雙電源供電。用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量P12的電壓，電壓值是+16.8V；用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量N12的電壓，電壓值是-13.7V，兩端的電壓值的絕對(duì)值相差竟高達(dá)3.1V。用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量交流側(cè)m對(duì)中性點(diǎn)的電壓，電壓值是13.6V；用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量交流側(cè)n對(duì)中性點(diǎn)的電壓，電壓值是11.7V。經(jīng)比較，原來(lái)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(jī)維修繞制，由于疏忽，未做次級(jí)電壓檢測(cè)就安裝到主板上，從而發(fā)現(xiàn)了新問(wèn)題。

既然又檢測(cè)出運(yùn)算放大器工作雙電源不平衡，那么有什么方法改進(jìn)呢？改進(jìn)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(jìn)行穩(wěn)壓電源改進(jìn)。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(cè)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(cè)完畢，又用燈泡模擬通電試驗(yàn)，慢慢調(diào)節(jié)電位器W，模擬負(fù)載——燈泡由暗變亮，反調(diào)時(shí)，又由亮變暗，說(shuō)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(yàn)結(jié)束后，將控制主板帶到現(xiàn)場(chǎng)，接好外部連接線和勵(lì)磁電機(jī)，通電試驗(yàn)，慢慢調(diào)節(jié)控制面板上的電位器W，電機(jī)啟動(dòng)，并隨電位器的調(diào)節(jié)控制了轉(zhuǎn)速，滾輪架開(kāi)始工作，試通電結(jié)束，檢修成功。交付機(jī)修分廠的使用者。

檢修體會(huì)：通過(guò)這次對(duì)可控硅控制系統(tǒng)的全面維修，充分認(rèn)識(shí)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(huì)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(yàn)：當(dāng)有關(guān)可控硅控制的控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)檢測(cè)和檢查觸發(fā)電路部分。另外，檢測(cè)和檢查運(yùn)算放大器的信號(hào)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(dāng)我講授到維修電工的可控硅知識(shí)點(diǎn)時(shí)，作為案例講解給學(xué)生，收到較好的教學(xué)效果。

但是，如今的電氣控制技術(shù)發(fā)展神速，同時(shí)又不斷從國(guó)外引進(jìn)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(jì)、新知識(shí)爆炸時(shí)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(shí)以外，還應(yīng)拓寬知識(shí)面，不斷地學(xué)習(xí)和掌握各個(gè)相關(guān)專業(yè)的有關(guān)知識(shí)，譬如，從前年開(kāi)始，我就深入對(duì)數(shù)控知識(shí)和數(shù)控設(shè)備的檢修進(jìn)行學(xué)習(xí)。這樣，才能適應(yīng)新時(shí)期的發(fā)展，才能適應(yīng)新技術(shù)、新設(shè)備、新知識(shí)的教學(xué)工作，在電氣教學(xué)工作中發(fā)揮更大的作用。

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

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