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DCS400直流調速器維修，系ABB集團公司產(chǎn)品，廠(chǎng)商給出的產(chǎn)品名稱(chēng)為晶閘管變流器直流傳動(dòng)系統。在我國的直流調速領(lǐng)域應用也比較廣泛，幾乎于與歐陸590直流調速器平分秋色，系采用微控制器控制的高度智能化的直流調速裝置。
整機電路（三相全控橋、勵磁輸出電路）由三塊線(xiàn)路板構成，分別為CPU主板，電源/驅動(dòng)板、勵磁觸發(fā)板。電源/驅動(dòng)板與勵磁觸發(fā)板的故障率最高，應維修需要，測繪出了這兩塊線(xiàn)路板的電路原理圖。
1、DCS400直流調速器電源/驅動(dòng)板電路原理分析
DCS400直流調速器電源/驅動(dòng)板包括電樞主電路、勵磁輸出電路、開(kāi)關(guān)電源電路、末級觸發(fā)電路等組成。
1.1、DCS400直流調速器電樞主電路、勵磁主電路
電樞主電路為三相全控橋的典型結構，由三只雙單向晶閘管模塊組成，在電源輸入側與整流正、負輸出端之間，并聯(lián)了R、C串聯(lián)尖波電壓吸收網(wǎng)絡(luò )，以消除由電網(wǎng)進(jìn)入的有害電壓毛刺。用TA1、TA2兩只電流互感器采集三相電流信號，送后級CPU主板，以形成電流環(huán)閉環(huán)控制和取出過(guò)流保護信號。在整流輸出電壓正端串接FLT分流器，供外接電流表，顯示運行工作電流。晶閘管模塊散熱風(fēng)機的供電由X99端子引入AC220V電源。
DCS400直流調速器的勵磁主電路與其它直流調速器的有所不同，采用了斬波電路，將三相整流所得的六脈波電壓，經(jīng)IGBT斬波，后級L、C電路濾波，形成較為平滑和穩定（質(zhì)量較高）的直流可調電壓，也因為采用斬波電路，電路的調壓范圍變寬，無(wú)須對輸入電源電壓（AC220和AC380V）進(jìn)行切換輸入，而是直接輸入三相380V電源。IGBT控制信號為調寬脈沖，根據參數設置要求，可設置最大輸出直流電壓值。勵磁主電路采用模塊式封裝，內含三相橋式整流電路、IBGT開(kāi)關(guān)管等功率器件，M、E引出端子可串接電抗器或予以短接。IGBT所需的脈寬調整信號由勵磁觸發(fā)板提供。
IGBT輸出的PWM電壓，經(jīng)1800uF電容和L1濾波，供直流電機的勵磁繞組，在勵磁電源上還并接了一個(gè)模塊式勵磁過(guò)壓保護組件，將勵磁電路化簡(jiǎn)如下，看一下過(guò)壓保護組件的動(dòng)作過(guò)程：
圖中VT1為開(kāi)關(guān)管，L2為勵磁線(xiàn)圈，D2為續流二極管，D、C1、L1為電源的整流濾波電路。DW1、VT2、C2、R1構成過(guò)壓保護電路。當整流電壓中的尖峰電壓值到達穩壓管DW1擊穿電壓值時(shí)，DW1反向擊穿導通，觸發(fā)晶閘管VT2導通，電壓峰值分量為C2充電所吸收。當C2上電壓建立，其充電電流逐漸減小，至小于晶閘管的擎住電流值以后，VT2自行關(guān)斷，C2上所充電荷經(jīng)R1泄放掉，為下一次的充電做好準備。實(shí)際電路電容充電回路串入了S20k385壓敏電阻，當VT2陽(yáng)極、陰極間的電壓差小于390V左右時(shí)，壓敏電阻出離擊穿區，VT2失去導通條件（壓敏電阻的“高阻值常態(tài)”下的流通電流小于晶閘管VT2的“擎住電流”）而關(guān)斷，C2的充電被提前中止，使過(guò)壓保護電路有選擇性地只對超過(guò)390V以上的電壓尖刺部分進(jìn)行吸收，由電容C2存儲，進(jìn)而由電阻R1所消耗。
從電抗（濾波）器L1上并聯(lián)的線(xiàn)圈的感應電壓（勵磁電流檢測信號1）經(jīng)X11端子的1、3腳引入前級勵磁電流控制信號，X11端子的2腳（從CPU主板來(lái)）輸入的勵磁電流給定信號，合成為“新的”勵磁電流控制信號，進(jìn)入后級控制電路（見(jiàn)下圖5），形成電流環(huán)控制信號。從L71電流互感器取得的感應電流信號（勵磁電流檢測信號2）經(jīng)L71端子也引入到前級勵磁電流控制電路，形成過(guò)勵磁的欠電流或過(guò)電流故障保護信號（見(jiàn)下圖5）。
1.2、DCS400直流調速器開(kāi)關(guān)電源電路
由X98端子進(jìn)入的AC220V電源，經(jīng)兩只限流電阻引入橋式整流電路，又經(jīng)CLC電路濾波后，作為開(kāi)關(guān)電源的直流供電電源。開(kāi)關(guān)電源電路一般包括以下幾個(gè)回路：
1）振蕩回路。由10只10k串聯(lián)電阻、470Ω電阻、穩壓管構成電源起動(dòng)電路，14腳、7腳內外電路構成振蕩電路，UC3844內部相關(guān)電路、開(kāi)關(guān)管V741、開(kāi)關(guān)變壓器的一次繞組、自供電繞組等構成整個(gè)振蕩回路，V741受控導通后，自供電繞組產(chǎn)生感應電壓，經(jīng)整流濾波后作為UC3844的工作供電電源。振蕩回路，是電路上電后形成振蕩、開(kāi)始工作的主要環(huán)節。
2）穩壓回路。電路起振工作后，穩壓電路隨之發(fā)生作用，精確控制10腳輸出的PWM脈沖信號的占空比，使脈沖變壓器的儲能發(fā)生變化，維持二次繞組輸出的電壓值保持穩定。對輸出電壓自動(dòng)實(shí)施穩壓控制的電路環(huán)節稱(chēng)為穩壓回路，一般由電壓反饋電路、基準電壓與光耦電路形成的外部誤差放大器、UC3844內部誤差放大器、PWM控制電路等構成，本電路是由N76及外圍電路將電壓反饋信號進(jìn)行處理，控制光耦合器D73輸入電流的大小，使D73輸出側光敏三極管的導通內阻發(fā)生變化，進(jìn)而控制UC3844的反饋信號輸入腳3腳的電壓變化，使內部PWM脈沖處理電路，改變10腳輸出脈沖的占空比，達到穩壓輸出電壓的目的。穩壓回路也是保證電路正常工作的一個(gè)重要環(huán)節，影響到輸出電壓的高低和穩定。
自供電繞組，除提供振蕩芯片的工作電源外，也將自供電繞組的感應電壓經(jīng)整流取出，送入UC3844的3腳，形成電壓負反饋信號。負反饋電壓信號實(shí)質(zhì)上是上述光耦合器返回信號與自供電繞組的感應電壓信號兩者的合成，共同對二次繞組的輸出電壓（包括振蕩芯片供電電源）起到穩壓控制的作用。
3）保護回路。開(kāi)關(guān)變壓器的一次繞組上所并聯(lián)的阻容元件、二極管及穩壓管元件，起到提供開(kāi)關(guān)管反向電流通路、抑制反向電壓峰值的作用，是電壓保護電路；開(kāi)關(guān)管源極串聯(lián)的電流采樣電阻，將流經(jīng)開(kāi)關(guān)管的電流變化轉變?yōu)殡妷盒盘�，輸入UC3844的電流檢測信號輸入腳5腳，形成電流閉環(huán)控制，電路能對電流變化作出快速反應。電流檢測信號同時(shí)又加到SAM場(chǎng)效應晶體管的柵極，當開(kāi)關(guān)管中有急劇變化的電流跳變信號產(chǎn)生時(shí)，SAM瞬時(shí)導通，將開(kāi)關(guān)管V741柵極的電壓快速拉低，起到對瞬變上升電流的快速抑制。當保護回路起控時(shí)，電路有可能處于停振狀態(tài)，從某種意義上講，保護回路，也可形成振蕩條件，構成振蕩回路的一個(gè)環(huán)節。
4）負載回路。二次繞組整流濾波輸出的48V，供末級觸發(fā)電路的供電，24V輸出作為數字控制端子的供電及控制板繼電器線(xiàn)圈的供電，+5V作為CPU主板CPU單元的電源。+15V、-15V兩路供電，提供CPU主板控制電路的供電。各路負載電路的狀態(tài)與開(kāi)關(guān)電源密切相關(guān)，尤其是負載電路的過(guò)載和短路狀態(tài)，會(huì )引發(fā)開(kāi)關(guān)電源的間歇振蕩或導致工作停止，控制機理是這樣的：負載電路的過(guò)載或短路狀態(tài)，引發(fā)開(kāi)關(guān)電源的保護電路起控，做出過(guò)流保護動(dòng)作，使開(kāi)關(guān)電路電路呈現出停振或處于間歇振蕩狀態(tài)。開(kāi)關(guān)電源的外電路——負載電路異常，會(huì )引發(fā)開(kāi)關(guān)電源表現異常（容易誤判是開(kāi)關(guān)電源電路本身出現了故障），這是檢修中應該注意的一點(diǎn)。
3、DCS400直流調速器的末級觸發(fā)電路
電源/驅動(dòng)板一般安裝有6路觸發(fā)脈沖電路，另外還預留有另6路末級觸發(fā)脈沖電路，散熱器上的模塊安裝孔也預留有6塊晶閘管的安裝位置，以實(shí)現調速器控制負載電機二象限或四象限運行（從軟件到硬件）的可兼容性。末級觸發(fā)電路為兩部分結構相同的電路，每部分電路由六路觸發(fā)電路構成，上橋臂與下橋相對應相，如A+C-的的觸發(fā)電路是呈并聯(lián)關(guān)系的，此種“連接法”，使每路輸出接邏輯算法控制輸出，形成本橋臂觸發(fā)脈沖與對應橋臂發(fā)送來(lái)的“補脈沖”的雙觸發(fā)脈沖輸出，以形成三相全控橋輸出電流的通路。因線(xiàn)路板采用貼片元件，故脈沖變壓器一次繞組中串聯(lián)的限流電阻，由8只電阻相并聯(lián)，并在電阻上并聯(lián)旁路電容提供交流通路，起到減小直流損耗又能能起到提升交流信號幅度的作用。
4、DCS400直流調速器的勵磁板電路
本機電路的信號測試端子及兩線(xiàn)路板之間的連接信號電纜的端子，均以X端子（按序號）標示，但有的端子，如電流互感器X3端子為3個(gè)，其中一個(gè)為空端子，X1、X2、X7、X20、X24等端子為獨立端子，只有一個(gè)引線(xiàn)端子，同時(shí)又是測試點(diǎn)。如果與實(shí)際電路板對照，更清楚各端子的去向。
從互感器來(lái)的電流檢測信號，經(jīng)X3、X5端子引入電源/驅動(dòng)板上的三相橋式整流電路，整流為直流信號后，經(jīng)X12的12端子輸入CPU主板電路，供運行電流顯示及過(guò)載報警與停機保護之用；X1、X2、X7對輸入三相電壓由R99、R101、R102（半可變電阻）和三只1M電阻分壓和限流后，經(jīng)X12排線(xiàn)端子送入CPU主板電路，作為電網(wǎng)基準同步信號和三相輸入電壓檢測信號；X20、X24將三相全控橋輸出電壓引入線(xiàn)路板，經(jīng)R103、R100整定后，由X12排線(xiàn)端子送入CPU主板，構成內部電壓環(huán)控制和形成輸出電壓檢測（報警）信號。
〔勵磁電流控制電路〕兩片UC3842開(kāi)關(guān)電源振蕩芯片和光耦合器HCNW3120組成了勵磁電流控制電路，電路的構成和功能與常規移相觸發(fā)電路有所不同，稱(chēng)之為脈沖寬度調制電路更為適宜。
從端子L71輸入的勵磁檢測信號2，一路經(jīng)X12的8端子輸入CPU主板電路，用作勵磁電流顯示和失磁停機保護；一路送入UC3844的電流檢測信號輸入腳5腳，用于過(guò)載時(shí)，電路停振保護。
勵磁電流的控制電路的工作過(guò)程可由圖6簡(jiǎn)化圖進(jìn)行分析:
A100UC3842振蕩芯片與外圍電路一起組成PWM脈寬控制電路，10腳輸出脈沖寬度取決于3腳輸入電壓值的高低，輸出脈沖頻率取決于7腳與14腳之間的RC時(shí)間常數。3腳輸入的勵磁電流控制信號是由X11端子2、3腳輸入的電壓合成信號，2腳輸入由CPU主板來(lái)的勵磁給定信號，3腳輸入的是由圖1的X11端子來(lái)勵磁電流檢測信號1，在兩路合成（相減/電流負反饋）信號作用下，UC3844芯片3腳電壓上升時(shí)，10腳輸出脈沖占空比減小，勵磁主電路經(jīng)斬波后輸出的直流電壓降低；反之，10腳輸出脈沖占空比增大，勵磁主電路輸出的整流電壓（電流）上升，以此達到控制和穩定輸出勵磁電流的目的。
U1為可調脈沖寬度輸出控制器，在3腳輸入控制信號的作用下，10腳輸出脈沖寬度受控的脈沖信號，加到光耦合器U2的輸入側，形成其輸入側發(fā)光二極管的輸入電流。U2輸出側電路的供電電源，是由X12的5端子供給的（來(lái)自CPU主板），經(jīng)振蕩芯片U2、脈沖變壓器B1轉換為隔離交流電源，又經(jīng)D1、C1整流濾波為直流電壓，供U2的8、5腳。在輸入信號作用下，U2輸出側晶體管V1、V2（推挽電路）輪流導通，輸出的可調脈寬信號驅動(dòng)VT1（IGBT開(kāi)關(guān)管），使勵磁線(xiàn)圈L1兩端的電壓值維持于控制信號給定的幅度上。
U2為光耦合器件，用于控制回路與主電路之間（弱電與強電）之間的電位隔離和信號傳輸，有數kV級的電壓隔離度和安培級的電流輸出能力，可以直接用于驅動(dòng)100A以下IGBT模塊，因此作用，也被稱(chēng)為驅動(dòng)IC或驅動(dòng)光耦。
〔故障實(shí)例1〕一臺DCS400直流調速器，上電后操作面板顯示“磁場(chǎng)欠流”的故障代碼，拒絕接受運行信號。檢測勵磁主電路（模塊內的三相整流橋和IGBT管子）正常，輸入電源中串接的3只快熔保險管，也沒(méi)有熔斷，判斷故障電路在勵磁電流控制電路或勵磁電流信號檢測電路。
機器上電，顯示“磁場(chǎng)欠流”的故障代碼，第一步須解決因勵磁電流不足形成的報警信號，將勵磁電路的輸出端接入負載電阻，并從操作顯示面板調出“電機額定電流”和“磁場(chǎng)額定電流”，將兩項參數值調至最低（注意修復后應恢復原值），避免檢測電路動(dòng)作報出故障。
檢測DCS400直流調速器勵磁板電路（見(jiàn)圖5），驅動(dòng)IGBT的光耦合器V111的輸入側2、3腳之間，已有0.5V左右的信號電壓，但測光耦合器供電引腳5、8腳電壓值為0，說(shuō)明因光耦合器V111供電電源丟失，勵磁主電路停止工作，勵磁電流檢測電路報出“磁場(chǎng)欠流”的故障代碼。檢測U3振蕩電路，U3的11、8腳已有供電電壓引入，但10腳無(wú)輸出脈沖電壓。判斷U3不良。
更換U3后，光耦合器V111輸出側的供電電源恢復，整機工作恢復正常。
光耦合器是一個(gè)電/光轉換與信號傳輸元件，需要輸入側、輸出側相隔離的供電回路，失去一組供電，信號傳輸即被中止，本電路由電源振蕩芯片U3（UC3844）、脈沖變壓器B1等元件，形成逆變式隔離電源，以供光耦合器V111輸出側的供電，當此電源損壞后，勵磁主電路停止工作，報出“磁場(chǎng)欠流”的故障。作者在實(shí)際維修中，碰過(guò)多例U3損壞后報“磁場(chǎng)欠流”的故障，這可能是該類(lèi)機型電路設計上的一個(gè)薄弱環(huán)節，值得注意。
〔故障實(shí)例2〕一臺DCS400直流調速器，上電后操作面板顯示“磁場(chǎng)欠流”的故障代碼，拒絕接受運行信號。上電檢查勵磁電流控制電路正常，V111驅動(dòng)電路已將驅動(dòng)脈沖信號加至勵磁主電路的1引腳上（見(jiàn)圖4-46），觀(guān)察勵磁主電路模塊，產(chǎn)生變形和裂紋，判斷模塊已經(jīng)損壞。該模塊型號為SKD75GAL123D16L2，市場(chǎng)上很難買(mǎi)到此類(lèi)配件，用戶(hù)要求緊急修復�？紤]到模塊內部電路簡(jiǎn)單，為三相整流電路和1只IGBT管子，還有兩只二極管（保留續流二極管，另一只可省掉），可以外搭電路來(lái)修復故障。將原模塊拆除，用D25XBA60（1000V25A）單相整流橋一只、FGA25N120（1200V25A）IGBT管子兩只，其中一只用于斬波管，一只利用其集成級和發(fā)射極之間并聯(lián)的二極管，擔任續流二極管的任務(wù)（找到這么一大功率高速二極管是挺費勁的，干脆用IBGT管子代換了），將兩只管子墊上絕緣片和整流橋一起固定于散熱片上，在光耦合器HCNW3120的輸出端串接了一只51Ω1W電阻，上電試機，輸出勵磁電壓正常，故障修復。
改進(jìn)電路如下圖：
電路所用元件非常易購，家電元件市場(chǎng)即可買(mǎi)齊，第一只IGBT管子VT1用作斬波管，將VT2的柵、射極短接，使其處于可靠截止狀態(tài)，利用管子內部并聯(lián)二極管D2，起到勵磁繞組的續流作用。用了20元的材料成本，就這樣將機器修復了。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號
