變頻器主電路中的可控整流電路

1、變頻器主電路中的可控整流電路可控硅，又稱為晶閘管。可控硅的意思：可控的硅整流器，與常規(guī)整流二極管相比，其整流輸出電壓是受控的，常與移相或過零觸發(fā)電路配合，應(yīng)用于交、直流調(diào)壓電路?？煽毓枋窃诰w管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種集成式半導(dǎo)體器件。單向可控硅的等效原理及測(cè)量電路見下圖2-13： 可控硅器件等效及測(cè)量電路 可控硅為具有三個(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)，由最外層的P層、N層引出兩個(gè)電極陽極A和陰極K，由中間的P層引出控制極G。電路符號(hào)好像為一只二極管，但好多一個(gè)引出電極控制極或觸發(fā)極G。SCR或MCR為英文縮寫名稱。從控制原理上可等效為一只PNP三極管與一只NPN三極管的連接電路，兩管的基極電流和集電極電流互

2、為通路，VT2的Ic恰為VT1的Ib，反之，VT1的Ic也恰為VT2的Ib，兩管的Ic、Ib互為作用，具有強(qiáng)烈的正反反饋?zhàn)饔?。一旦從G、K回路輸入NPN管子的基極電流，由于正反饋?zhàn)饔茫瑑晒軐⒀讣催M(jìn)入飽合導(dǎo)通狀態(tài)。可控硅導(dǎo)通之后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子本身的正反饋?zhàn)饔脕砭S持，即使控制電流（電壓）消失，可控硅仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。控制信號(hào)UGK的作用僅僅是觸發(fā)可控硅使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后，控制信號(hào)便失去控制作用了。控制信號(hào)在這里只起到一個(gè)“觸發(fā)”作用，一旦可控硅的導(dǎo)通電流形成，則形成自維持導(dǎo)通條件。單向可控硅的導(dǎo)通需要兩個(gè)條件：1、A、K之間加正向電壓；2、G、K之間輸入一個(gè)正向觸發(fā)電流信號(hào)，無論是直流或

3、脈沖信號(hào)。若欲使可控硅關(guān)斷，也有兩個(gè)關(guān)斷條件：1、使正向?qū)娏髦敌∮谄涔ぷ骶S持電流值；2、使A、K之間電壓反向?？梢?，可控硅器件若用于直流電路，一旦為觸發(fā)信號(hào)開通，并保持一定幅度的流通電流的話，則可控硅會(huì)一直保持開通狀態(tài)。除非將電源開斷一次，才能使其關(guān)斷。若用于交流電路，則在其承受正向電壓期間，若接受一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，則一直保持導(dǎo)通，直到電壓過零點(diǎn)到來，因無流通電流而自行關(guān)斷。在承受反向電壓期間，即使送入觸發(fā)信號(hào)，可控硅也因A、K間電壓反向，而處于截止?fàn)顟B(tài)?？煽毓杵骷蚬に嚿系碾x散性，其觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流值與導(dǎo)通壓降，很難有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?？煽毓杵骷刂票举|(zhì)上如同三極管一樣，為電流控制器件。功率越大

4、，所需觸發(fā)電流也越大。觸發(fā)電壓范圍一般為1.5V3V左右，觸發(fā)電流為10mA幾百mA左右。峰值觸發(fā)電壓不宜超過10V，峰值觸發(fā)電流也不宜超過2A。A、K間導(dǎo)通壓降為12V。主要工作參數(shù)有正、反向耐壓值和正向平均電流、觸發(fā)電流（電壓）值、維持電流值等。 可控硅器件的檢測(cè)： 1、用萬用表粗測(cè)可控硅的好壞。用電阻x1k檔，正、反向測(cè)量A、K之間的電阻值，均接近無窮大；用電阻x10檔測(cè)量G、K之間的電阻，從十幾歐姆至百歐姆，功率越大歐姆值越小。正、反向電阻值相等或差異極小，說明可控硅的G、K并不像一般三極管的發(fā)射結(jié)，有明顯的正、反向電阻的差異。這種測(cè)量方式是有局限性的，當(dāng)A、K之間已呈故障開路狀態(tài)時(shí)，

5、則無法測(cè)出好壞。有的G、K間電阻值極小，也難以判別兩控制極是否已經(jīng)短路。 2、較為準(zhǔn)確的測(cè)量方法，是如圖2-13中給可控硅連接上電源和負(fù)載，才能得出好壞的結(jié)論。方法是：將可控硅接入電路，可控硅因無觸發(fā)信號(hào)輸入，小燈泡HL1無電流通路不發(fā)光；將A、G短接一下再斷開，可控硅受觸發(fā)而導(dǎo)通，并能維持導(dǎo)通（燈泡的額定電流應(yīng)大于100mA），燈泡一直發(fā)光，直到斷開電源。再接通電源時(shí)，燈泡不亮?？煽毓杵骷旧鲜呛玫摹?3、可控硅有以下幾種損壞情況： a、A、K極間短路或斷路；b、G、A極間短路或斷路；c、三個(gè)電極之間的短路。 還有一種損壞情況很讓人迷惑，用上述1、2種檢測(cè)方法檢測(cè)，可控硅是好的，但接到交流

6、電路中，便失去可控整流作用。故障可控硅在未接受觸發(fā)信號(hào)前，呈開路狀態(tài)，是對(duì)的。觸發(fā)電流輸入后，可控硅開通了，交流輸入的正、負(fù)半波都一齊過去了，單向可控硅成了一只“交流開關(guān)”！變頻器整流電流中，若有這種情況發(fā)生，儲(chǔ)能電容非噴液了不可?？煽毓璧倪@種損壞情況，不能用短路或擊穿來說明了，只能說這只可控硅已經(jīng)失效失去整流作用了！ 如在電路連接和供電接通狀態(tài)下，欲將可控硅強(qiáng)制開通，純直流電路中，只需將A、G極短接一下，即將可控硅觸發(fā)。為限制觸發(fā)電流/電壓值，可將A、G極間串接電阻，再連接之；如系交流電壓輸入，簡(jiǎn)單的強(qiáng)制開通方式，則由下圖電路來實(shí)現(xiàn)之：可控硅器強(qiáng)制開通的簡(jiǎn)單觸發(fā)電路 電路中串入二極管D的作用

7、，是避免可控硅的控制極承受反向電壓的沖擊，D的反向耐壓值應(yīng)大于1000V，R起到限制最大觸發(fā)電流的作用，可以選用500歐5W電阻。應(yīng)該說，R、D元件提供或承受觸發(fā)電流（功率）的時(shí)間極短，僅一瞬間，因而R的功率值再稍小一些，似乎也沒有什么關(guān)系。因可控硅一旦被觸發(fā)開通后，A、G、K三個(gè)電極間近乎等電位（A、K間導(dǎo)通壓降僅2V左右），則A、G極間便不會(huì)再有較大的觸發(fā)電流通路。這就是為什么，在可控硅僅作為開關(guān)來使用時(shí)，有人將A、G兩極直接短接，來實(shí)施開通控制的道理。下面看一下臺(tái)達(dá)DVP-1 22kW變頻器主電路/可控硅觸發(fā)電路臺(tái)達(dá)DVP-1 22kW變頻器主電路/可控硅觸發(fā)電路 上圖中的變頻器主電路結(jié)

8、構(gòu)與其它變頻器有所不同。三相整流橋的三個(gè)上橋臂是由三只單向可控硅器件組成的，省去了充電電阻和充電接觸器，增加了R1、D1、FUSE1變頻器上電時(shí)的預(yù)充電電路。在對(duì)直流回路儲(chǔ)能電容器的充電控制上，也有其新的特點(diǎn)。控制機(jī)理如下：變頻器上電瞬間，三相整流橋的上三橋臂可控硅器件，因無觸發(fā)電流而關(guān)斷；R1、FU1、D1將R相輸入交流電整流成正半波電壓，經(jīng)P0、P1端子給直流回路的儲(chǔ)能電容器充電。在電容器建立起充電電壓后，變頻器的開關(guān)電源電路起振，由開關(guān)變壓器DT1的次級(jí)繞組感應(yīng)電壓，經(jīng)D7、DC31整流濾波后，做為可控硅觸發(fā)電路的隔離直流電源。多諧振蕩器DU2開始工作。此時(shí)CPU檢測(cè)由直流回路來的電壓檢

9、測(cè)信號(hào)，判斷儲(chǔ)能電容上電路達(dá)到一定幅值時(shí)，輸出一個(gè)可控硅控制信號(hào)，控制光電耦合器DPH2導(dǎo)通，將振蕩信號(hào)由DU2的3腳引入到三極管DQ22的基極，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)功率管DQ3導(dǎo)通，將觸發(fā)信號(hào)同時(shí)加到三只可控硅的柵、陰極，三只可控硅全部導(dǎo)通，輸入電路由半波整流電路轉(zhuǎn)化為三相橋式整流電路，預(yù)充電過程結(jié)束，變頻器進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。 觸發(fā)電路相對(duì)簡(jiǎn)單，既非移相電路也非過零觸發(fā)電路，振蕩電路輸出占空比達(dá)90%以上的矩形脈沖，幾乎在任意時(shí)間內(nèi)，都將觸發(fā)信號(hào)送到三只可控硅的觸發(fā)極?？梢哉f，變頻器在上電后，一旦DPH2受CPU控制而導(dǎo)通，三只可控硅也即隨時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)下，同三只普通整流二極管相差不大。 觸發(fā)電流形成的通路

10、是這樣的（以R上臂可控硅觸發(fā)電路為例）：由D7、DC31整流濾波后的直流電壓，經(jīng)DQ3控制開關(guān)管、DD24、DR35加到可控硅的G極，再經(jīng)K極回到觸發(fā)電源地端。DQ3是控制可控硅開通與關(guān)斷的“開關(guān)”，開關(guān)閉合與斷開的指令由CPU發(fā)布。 故障檢修：如圖2-12電路，當(dāng)可控硅器件有擊穿短路故障時(shí)，將輸入三相交流電源形成短路，運(yùn)行中電源開關(guān)跳閘。用戶會(huì)合不上供電開關(guān)（一般是采用空氣斷路器），一合即跳；當(dāng)可控硅有開路故障（或觸發(fā)電路有故障）時(shí)，變頻器啟動(dòng)或運(yùn)行過程中，會(huì)跳直流回路欠電壓、LU等故障，并停機(jī)保護(hù)。此時(shí)須區(qū)分是可控硅本身故障還是觸發(fā)電路的故障，用檢測(cè)法2先檢測(cè)是否是可控硅損壞，再檢查觸發(fā)電

11、路的好壞。 對(duì)觸發(fā)電路的檢查，先將直流回路的電容器組脫開主電路，另行接入兩只100uF400V電容器代替原儲(chǔ)能電容，可方便對(duì)可控硅觸發(fā)電路的檢查： 觸發(fā)電路的正常工作須具備兩個(gè)條件：1、DU2振蕩電路能正常工作，輸出正的驅(qū)動(dòng)電壓；2、觸發(fā)電流的通路受控于CPU的開關(guān)信號(hào)，取決于DPH2、DQ22、DQ3的工作狀態(tài)。對(duì)觸發(fā)電路的檢查，也可從此兩方面著手。短接DQ3的C、E極，測(cè)三可控硅的G、K極間應(yīng)有1.5V左右的直流電壓。若此電壓正常，說明DU2振蕩電路正常，檢查排線DJ8的24端子從CPU來的+5V控制信號(hào)、DPH2、DQ22、DQ23等環(huán)節(jié)；若可控硅仍無觸發(fā)信號(hào)，檢查DU2及外圍電路。 從

12、電路的一個(gè)關(guān)節(jié)處、樞紐處，人為改動(dòng)一下原電路狀態(tài)，即可令電路的輸出產(chǎn)生明顯的變化，從而暴露出故障在哪個(gè)環(huán)節(jié)。也許從電路的靜態(tài)我們較難判別，或是需費(fèi)較大的力氣才能檢測(cè)出故障所在，而有采取一個(gè)小手段，令電路動(dòng)起來，則故障環(huán)節(jié)就會(huì)顯露無遺，我們可以自己造出一條故障檢修的“捷徑”來。短接DQ3的C、E極，即是快速判斷故障是出在CPU控制電路還在觸發(fā)電路本身的一個(gè)好法子。故障實(shí)例1： 臺(tái)達(dá)DVP-1 22kW變頻器，上電無反應(yīng)，操作面板無顯示，測(cè)量控制端子的24V電壓為0。判斷為開關(guān)電源或開關(guān)電源的供電回路故障。上電檢測(cè)直流回路的儲(chǔ)能電容兩端無530V直流電壓，進(jìn)一步檢測(cè)預(yù)充電電路的保險(xiǎn)管FUSE1已經(jīng)

13、熔斷，致使開關(guān)電源得不到輸入電源，整機(jī)不工作?？紤]到熔斷原因?yàn)槿嗾麟娐分锌煽毓柙蛭幢挥|發(fā)導(dǎo)通，預(yù)充電電路因承受運(yùn)行電流沖擊，而使FUSE1熔斷。將FUSE1換新后，上電在三只可控硅的觸發(fā)端子均檢測(cè)不到直流電壓。當(dāng)短接觸發(fā)電路中的DQ3時(shí)，三只可控硅的觸發(fā)端子均有觸發(fā)電壓輸入，三只可控硅開通。檢查DQ3的集電結(jié)已經(jīng)開路損壞，將 DQ3用功率管BU406代換后，故障排除。故障實(shí)例2： 臺(tái)達(dá)DVP-1 22kW變頻器，故障狀態(tài)同上。檢查也是FUSE1熔斷。換新保險(xiǎn)管后上電檢查：短接DQ3的C、E極，測(cè)量G1、K1，G2、K2，G3、K3觸發(fā)端子間仍無觸發(fā)電壓信號(hào)；測(cè)量DU2的3腳有直流電壓輸

14、出；測(cè)量光電耦合器DPH2的1腳無1.3V輸入電壓，排線端子DJ6的24腳電壓僅為0.3V。DPH2因無信號(hào)電壓輸入，輸出側(cè)三極管未導(dǎo)通，而使可控硅的觸發(fā)電流回路被切斷。是直流回路的電壓檢測(cè)電路故障，使CPU誤以為儲(chǔ)能電容的電荷尚未充滿，因而不輸出可控硅開通指令，還是CPU的I/O口內(nèi)部電路故障，不能輸出+5V高電平指令呢？變頻器上電，在停機(jī)狀態(tài)下，由預(yù)充電回路，也能在儲(chǔ)能電容上建立起500V以上的電壓?？蛰d，操作變頻器起動(dòng)運(yùn)行試驗(yàn)，輸出正常，未報(bào)出欠電壓故障。說明故障是由CPU的I/O口內(nèi)電路損壞所致。 是由廠家購(gòu)進(jìn)CPU主板，還是采用應(yīng)急措施修復(fù)此例故障呢？在不更換CPU主板的前提下，有兩種方法，都可以將此故障變通修復(fù)： 1、直接將DQ3短接，變頻器上電時(shí)，由預(yù)充電電路為儲(chǔ)能電容充電，當(dāng)充電電壓建立起一定幅度后，如450V，開關(guān)電源起振，觸發(fā)電路得電，三只可控硅得到觸發(fā)電源而開通；可控硅開通時(shí)有較小的沖擊電流，但基本上無妨。 加裝一個(gè)三極管R、C延時(shí)電路，在開關(guān)電源起振后，控制DPH2延時(shí)得電，以便延時(shí)送出可控硅開通的控制信號(hào)。電路如下圖： 使可