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        淺析晶閘管直流調速裝置維修

        2013-04-29 22:40:43陳培超
        新課程·下旬 2013年6期
        關鍵詞:可控硅電源

        陳培超

        摘 要:廣州昊天化學(集團)有限公司機修分廠10噸自調式焊接滾輪架可控硅直流調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,反復模擬試驗,排除故障,檢修成功。

        關鍵詞: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。可控硅的應用電路有:橋式半控整流電路、交流調壓電路、斬波調速電路、有源逆電電路等等。可控硅的類型有:快速型、單向型、雙向型、關斷型和逆導型等。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泛應用于可控整流、逆變、斬波、調壓及無觸點開關等大功率的電能轉換和自動控制領域。特別是在直流調速系統(tǒng)中,廣州昊天化學(集團)有限公司機修分廠購進的10噸自調查式焊接滾輪架可控硅直流調速裝置就是應用了這種技術,采用了可控硅直流調速系統(tǒng)。我在廣州昊天化學(集團)有限公司工作期間,維修過這臺設備。本文針對這臺設備的檢修,談談檢修過程和心得體會。

        故障現(xiàn)象:根據(jù)設備使用者——焊工反映,在使用過程中,忽然聞到燒焦味,勵磁電機停轉,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。

        檢查過程和檢查結果:斷開控制柜的電源開關,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SA,小燈珠亮,斷開開關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QF,按下啟動按鈕SB,控制面板上的電壓表無指示,調節(jié)控制面板上的電位器W,電機無任何反應;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——擊穿或閃爍。說明可控硅模塊耐壓正常,無質量問題。

        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);決定嘗試修復原來的觸發(fā)電源變壓器,若無法修復的話,再采用方案(3),訂制觸發(fā)電源變壓器。

        修復過程: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,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,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。修復的效果顯著,達到預期的目的。

        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,調節(jié)電位器W,燈泡毫無反應,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n對中性點的電壓,電壓值是11.7V。經(jīng)比較,原來在交流側已不平衡,并造成直流側的電壓相差較大。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,慢慢調節(jié)電位器W,模擬負載——燈泡由暗變亮,反調時,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,慢慢調節(jié)控制面板上的電位器W,電機啟動,并隨電位器的調節(jié)控制了轉速,滾輪架開始工作,試通電結束,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了寶貴的檢修經(jīng)驗:當有關可控硅控制的控制系統(tǒng)發(fā)生故障時,應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發(fā)展神速,同時又不斷從國外引進新技術和新設備以及電子技術的不斷創(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,應牢固掌握本專業(yè)的科技知識以外,還應拓寬知識面,不斷地學習和掌握各個相關專業(yè)的有關知識,譬如,從前年開始,我就深入對數(shù)控知識和數(shù)控設備的檢修進行學習。這樣,才能適應新時期的發(fā)展,才能適應新技術、新設備、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。

        參考文獻:

        [1]董傳岳.電工與電子基礎.機械工業(yè)出版社,2005-07.

        [2]勞動部培訓司.工廠電氣控制技術.中央廣播電視大學出版社,2005-01.

        [3]張家港市工業(yè)自動化設備廠.可控硅直流調速裝置使用說明書.1992-08.

        [4]機械工業(yè)技師考評培訓教材編審委員會.維修電工技師培訓教材.機械工業(yè)出版社,2007-09.

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