中频电源维修参考

中 频 电 源 维 修 参 考

苏州振吴电炉有限公司

整流电路常见故障

一、整流电路常见故障表

无 直 流 电 压 调功电位器断开 调节系统中封锁保护已损坏（339、4066） 1．接插件接触不良或引起脱焊 直 流 电 压 编 低 个别整流桥臂KP管无触发脉冲 2．部分整流触发器无脉冲输出 3．整流脉冲变压器损坏 （1）脉冲变压器线因断开 （2）脉冲变压器副边二极管短路 部分KP管触发功率高 部分KP管或熔断器已损坏 主电路接触器或空气开关（刀闸）接触不良 整流触发无 脉冲输出 1．整流触发器稳压电源无电压输出 2．整流触发板接触不良 3．同步变压器有无损坏或虚焊 附：脉冲相位的测量，用双踪示波器，在察看晶闸管的触发脉冲范围时，用示波器Y1通道的“正”笔接至1号晶闸管的门极，“负”笔接至阴极，这样在屏幕上出现1号晶闸管的脉冲，然后把示波器Y2通道的“正”笔接到同步变压器副边Ua相的正端，“负”笔接至Ua相的负端，通过两个波形就可以确定脉冲的相位：

脉冲相位图

1

二、晶闸管无触发脉冲熔断器或晶闸管因触发功率不够都可能无法导能，使整流电路一个桥臂不能正常工作，从而使直流电压偏低。用示波器对直流输出电压的观察，就可发现直流输出电压不正常，下图表示一个三相桥式整流某一桥臂不工作（α=30°）的直流输出电压波形。

三、为了便于观察，现画出在正常情况下不同控制移相角的直流输出，电压的波形图以及管压降的波形图，画出这此波形作如下假定：三相区线电压对称，六路触发脉冲均匀，不计换流重叠角以及电流始终连续，至此再重述一下三相全控电路对一般无源负载来说，下图中控制移相角α大于90°时，直流电压Ud及管压降UT的稳态波形图是观察不到的，因此时电流连续的条件已无法达到。无法达到一只在有源负载时有可能满足这一条件。这一点在观察整流输出波形时应清楚地知道。

2

1）α=0° Ud=515伏 3）α=60° Ud=257伏 5）α=120° Ud=-257伏 3

（2）α=30° Ud=446伏 （4）α=90° Ud=40伏

（6）α=150° Ud=-446伏（

（

（

四、平波电抗器的常见故障：莫过于线圈绝缘击穿。这往往是电抗器结构设计和运行条件不良而导致的。电抗器线圈用空芯铜管绕制的，在使用过程中，因水质较差，往往在水管内壁上引起水垢，水垢的常年积累，使冷却水量减少，甚至引起水管阻塞，从而导致线圈过热，使线圈绝缘老化加速，这是引起线圈绝缘破坏的一个原因。另一个原因是在设计中流过是电流过大，超过铜管的截面承受的电流。

电抗器在使用过程中，如发现水路不畅，则宜用稀盐酸冲洗后，再用高压水（或气）冲刷。另外在开机后，发现有异常声响时，可能是电路的故障，但电抗器本身层间或匝间短路等故障也有可能存在的。此时可用示波器观看每匝线圈上电压波形是否正常，若某匝线圈上没有电压，则此匝线圈可能有某处短路，应更换或修复。

4

逆变器故障

一、逆变桥关不断

1．故障现象：此故障如果在低功率输出时发生，则逆变可能照常进行下去，但工作也很不正常，这时装置发生的中频声音突然下降整流电流Id显著上升，整流电压Ua下降。如图1－1（a）中四号桥臂关不断，则四号桥可控硅电压U4的波形就是一条直线（图1－1b）。这时1号和2号桥臂可以正常换流，波形也是正常的，而3号桥臂的可控硅电压U3的波形如图1－1（b），在t1时刻3号桥臂导电，照理讲它应导电半个周期，但是由于t2时刻以后负载中频电压改变方向，t2以后负载电压的极性如图1－1a所示，而4号桥臂又关不断，因此t2时刻3号桥臂因开始受反向电压而截止，所以3号只是在t1～t2期间导电，3号在t2截止所后，因4号始终导电，则3号电压U3就是负载中频电压波形。

应当说明：3号桥臂的这个波形是因为4号关不断所致，不应该误认为3号臂可控硅有问题。

5

2．故障原因及检查

（1）这种故障往往是先由一个可控硅关不断引起，然后桥臂上串联的另一个可控硅受全电压，因此开关损耗增加，温升提高，关断时间增长，造成可控硅关不断。

（2）故障根本原因：是可控硅本身性能不稳定，可能测试当时可控硅的关断时间测量是合格的，以后逐渐变质。 （3）应检查4号臂所有可控硅的关断时间。

二、逆变桥一个桥臂不导通 1．故障现象

（1）如果在满功率输出时发生这种故障，则逆变立刻失败，过流保护动作。

图2-1

（2）如果在低功率输出发生这种故障时，则逆变可能进行下去，这时中频频率突然下降，Ua减小，id增大，见图2－1如果3号臂不导通，则4号臂也无法关断，用示波器观察U4也是一条直线，3号臂的电压等于负载电压，所以U3波形是完整的正弦波。应该注意：

6

与上例相比，现在U4波形也是一条直线是和上例一样的，但是现在故障的根源却不在4号桥臂上，而是在3号桥臂上。 2．故障原因及检查

（1）在出现上述故障时，立刻用示波器观察故障，桥臂上有没有触发脉冲及触发脉冲的大小，以判断故障原因是不在触发系统。 （2）如是触发系统故障，不能发出脉冲，则将转换开关拨到“检查”位置，逐级检查触发系统各部分波形，查出故障点。

（3）可控硅控制极开路或短路以及控制极内阻过大，则即使有触发脉冲也无法使可控硅导通，这时用万用表检查查控硅控制极与阴极间的电阻。

（4）通常出现是桥臂中串联的两个可控硅中有一个不导通，则整流桥臂也就不能导通。

三、逆变桥相串联的一只可控硅关不断 1．故障现象

当Id低时，中频装置声音很正常，Ud、Id、F、Ua仪表读数均在正常范围内，但升高功率时，主回路电流也随着增大，系统突然失控，保护动作。 2．故障原因

（1）可控硅外部散热情况不良，这可能是散热器面积不符合要求，冷却条件不符合规定。

（2）可控硅内部损耗增加，例如正向压降太大，引起平均损耗增加，或者由于工作频率高，使开关损耗增加，由图3－1所见，假定

7

SCR2温度特性不良，当T>T1时，额定正向转折电压Ubc将急剧下降，在t=t1时SCR2丧失阻断能力，提前导通而失控，（此时控制极并未加入触发脉冲），由于SCR1仍处于阻断状态，全部电压加到SCR1上，因而过压损失。

图3-1

四、串联的可控硅开通时间不一致。 1．故障现象

当逆变器一投入工作时，用示波器观察两只要串联的可控硅发现V2在t1时刻提前导通，而V1在t1时刻承受全部电压。 2．故障原因

图4-1

8

（1）由于触发脉冲前沿不相同，造成开通时间不一致。 （2）触发脉冲前沿相同，但是两只串联的可控硅的触发灵敏度相差太远，则触发电压低的管子先导通。由图4－1可见，假定SCR2先导通，则SCR1将在Δt时间内承受全部正向电压，可控硅可能因此过电压而损坏。 3．触决措施

（1）提高触发脉冲的前沿。

（2）选择触发灵敏度相近的元件串联应用。

五、串联的可控硅反向阻断特性不同 1．故障现象

当逆变器投入工作时，用示波观察两只相串联的可控硅反压U01、U02分配不均，见图5－1。 2．故障原因

是因为toff不一致的可控硅元件相串运行，会产生直流偏移因动态分压不均，而导致系统失控。由图5－1所示。

图5-1

9

假设由于SCR1、2由于导通变成关断，开始是由电容C向它们流过反向的换流电流，使SCR逐渐关断，但由于SCR的toff不一致，假设SCR1首先恢复阻断能力，这时电容中的换向电流便将沿C1、R和SCR2，L流过，同时向C1和C2充电，由于C1多充了ΔU的电压，使SCR1的反向电压比SCR2高，如图5－1b，Ua1大于Ua2显然，如果toff1和toff2差别越大，当toff1和toff2的差别大到一定程度，使to但是在实际工作中又发现，即使用toff相同的元件相串联，有时候也会发现与上述相同的现象。

元件关断时间toff=tr+tg，其中tr为反向恢复时间，tg为控制极恢复时间。元件在正向电流过零之后，经过了tr的时间，开始进入关断状态，外加反向电压开始加到元件上，当相串的元件tr不同时，将使恢复过程中SCR动态分压不均，即先进入关断状态，tr小的元件RC电路中，C多充了ΔU的电压，如果两只元件的tr相差越大，ΔU就越大由于ΔU的存在使后关断元件承受反向电压的时间缩短，当t2由于出厂元件的toff在标牌上有具体数据，而tr是不出现的，这除了到元件厂进行测试外，一般只能在装置上由试验选配。

10

负载回路的主要故障

负载回路包括感应炉（主要是感应圈）。中频补偿电容器，中频变压器，连接母排和通水软电缆得等。因此负载回路故障主要是由于上述元件失去原有指标而引起的。负载回路产生故障时，会产生下列主要现象:①中频电源无法启动工作；②能启动工作，但到一定电压或电流时逆变失败,保护动作停机;③能启动,但发生无规律的逆变颠覆;④电源能正常工作但常发生烧毁逆变晶闸管现象等。

1．中频补偿电容器短路。在并联逆变器中，中频补偿电容器与感应器并联，当中频补偿电容器短路时，造成负载回路短路，因此使负载回路不能产生振荡，使中频电源无法工作。为了找出短路的电容器，可采用解脱试验法，即每次脱开两或三只中频补偿器，试验起动，当中频能正常起动后，说明脱下－这组中频电容器中有击穿短路的。这时可用万用表10K档去测电容器两端，短路的电容器电阻为零，不能充上电压；正常电容器当万用表一接上时为零，以后指针逐渐向高电阻端移动，一般电阻超过500KΩ以上的电容器是正常的。

2．中频补偿电容器耐压降低。目前晶闸管中频电源采用中频补偿电容器主要型号为RWF0.75～180～1或RWF0.75～360～1等，它们的耐压都为中频电压750V。当中频电容器耐压降低时，中频电源工作某一固定中频电压后逆变即失败。查故障方法可同第一点，阻值小于500KΩ的电容一般耐压已降低。

3．中频补偿电容器开路。当中频补偿电容器开路时，对中频电源正常工作没有多大影响，只是电源工作时频率比正常时高，这时只

11

要再并几只新的中频补偿电容在槽路上，使频率达到正常值时为止。

4．感应器匝间短路。当感应器匝间严重短路时，中频电源无法启动工作。如感应器有两匝相碰，这时中频电源有可能启动，但频率较高，电流较大，功率稍升高就会造成逆变失败。另一种现象是感应器松动，当小功率时电源无异常，但当功率增加时由于电流增加，使电磁力增加而感应器匝间互相吸动，或加料时振动等都造成匝间瞬时短路情况，这时由于运行参数突然改变，使中频电源声音异常。造成上述故障原因一般是由于感应器在工作时断水，把感应器匝间绝缘严重烧损所造成的。在平常工作前只要仔细检查是不难发现这些故障的，在判别较困难时可用完好的感应器来替换，以确定上述故障存在与否。

5．炉料穿过坩埚与感应器铜管短接，这种情况相当于变压器副边短路，也相当于感应器短路，使中频电源无法启动工作。

6．通水电缆断芯。熔炼炉倒钢水时，通水软电缆与熔炉一起倾动而经常发生曲折现象。特别是与熔炼炉的连接头和软电缆连接 都用铜焊焊接，因此在焊接处易断裂。多股软电缆的断裂过程是往往先断掉大部分后，在大功率运行时把未断的小部分很快烧断，这时中频电源会产生很高电压，如过压保护不可靠时，会损坏逆变晶闸管。通水软电缆断开后，中频电源就无法启动工作。如不检查出原因而反复启动时会损坏其它电气元件。检查水冷电缆断芯与否，可先把软电缆与中频补偿电容器输出铜排脱开，测量时应把熔炉转到倾倒位置，使电缆吊起，这样使断开的芯线与接头彻底脱离，用万用表RX1档测

12

量，不断时R为零，断开时R为无穷大。这样才能正确判断断芯故障。

7．中频补偿电容器与输出母排，母排与母排，母排与软电缆等的连接螺栓松动。由于流经母排的电流很大，工作时母线的温度也较高，因此容易引起连接螺栓松动，松动后接触电阻增加，更使连接处温度升高。由于松动而产生温度过高，会造成母排连接处表面氧化，使其接触不良而产生打火现象。往往由于打火干扰引起逆变失败。因此中频电源母排上所有连接螺栓应经常检查并旋紧，以产生接触不良和开路故障。

8．炉子感应器和中频补偿电容对地短路与主回路对地短路情况一样，往往会造成烧毁晶闸管的严重故障。故当出现烧损晶闸管故障时，除重点检查保护系统外，还应检查感应线圈对地或中频补偿电容器外壳对地是否有短路或绝缘不良情况。一般用万用表R×1K档检查感应器和补偿电容外壳对地电阻应在10KΩ左右，新打坩埚由于潮湿，绝缘电阻较低，但也不应小于5KΩ。对绝缘下降情况，由于万用表电池电压较低，故很难判断，可用500～2500伏兆欧表检查。

13

附1、对整流触发电路的要求

1．脉冲的频率和相位，我们采用是三相桥式全控整流电路，电路中共用六个可控硅元件，因此要求触发电路提供六路周期性触发信号（Vg、Vg2、Vg3、V g4、Vg5、V g6）而且六路触发脉冲的相位关系是依次互差60°角度。

2．脉冲的宽度和前沿：在分析三相桥式全控整流电路的工作原理提到，全控桥在任何一个时刻必须有两个可控硅同时导通，这要求在每一个周期（360°）内，在任何一个时刻都必须有而且也只能有两个脉冲的存在。因此每路脉冲的宽度应大于T/60=60°，同时触发脉冲的宽度又不能太宽，一般希望小于T/3/120°。为了正确触发，要求触发脉冲有足够陡峭的前沿，但是由于同在整流系统中的触发脉冲频率较低（50Hz），脉冲宽度又大（大于T/6），如果可控硅元件不是串联接运行，对触发脉冲的前沿要求并不高，只要能小于0.3ms就可以了。

3．脉冲的功率，为了使可控硅在触发脉冲的使用下能够导通，则要求触发脉具有一定的功率。不同容量的可控硅所需的控制极最大触发电压和最大触发电流是不同的。

例如，KP200A的最大触发电压为4V，最大触发电流为200mA，控制极最大允许正向电压为10V，控制极最大允许电流为2A。 4．移相，为了使整流电路电压可以满足“限流”、“限压”、“过流”、“过压”等信号需要，要求触发脉冲产生的整流脉冲的相位能在“0°～150°”范围内进行改变。

14

附2、对逆变触发电路的要求

1．具有自动调频的能力，在熔炼和加热过程中，由于负载回路的参数不断变化，因此负载回路的固有谐振频率也不断变化。为了保证中频电源始终运行于最佳状态，要求触发电路的输出脉冲频率能自动随着负载频率的变化而变化，即具有自动跟踪的能力。 2．触发脉冲的要求

（1）脉冲的产生必须在中频电压过流零之前的适当时刻产生，具这一时刻必须在中频运行过程中始终保持恒定。

（2）脉冲宽度20us（4）脉冲必须具有一定幅度，以满足强触发的要求，一般设计在4－10V。

（5）要求脉冲的前沿陡，以保证逆变桥每臂相串的两只可控硅能基本同时开通。

3．要求触发电路具有抗干扰能力，并且线路简单，便于维修。

15