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DCS400直流調(diào)速器維修，系A(chǔ)BB集團(tuán)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(tǒng)。在我國(guó)的直流調(diào)速領(lǐng)域應(yīng)用也比較廣泛，幾乎于與歐陸590直流調(diào)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(diào)速裝置。
整機(jī)電路（三相全控橋、勵(lì)磁輸出電路）由三塊線(xiàn)路板構(gòu)成，分別為CPU主板，電源/驅(qū)動(dòng)板、勵(lì)磁觸發(fā)板。電源/驅(qū)動(dòng)板與勵(lì)磁觸發(fā)板的故障率最高，應(yīng)維修需要，測(cè)繪出了這兩塊線(xiàn)路板的電路原理圖。
1、DCS400直流調(diào)速器電源/驅(qū)動(dòng)板電路原理分析
DCS400直流調(diào)速器電源/驅(qū)動(dòng)板包括電樞主電路、勵(lì)磁輸出電路、開(kāi)關(guān)電源電路、末級(jí)觸發(fā)電路等組成。
1.1、DCS400直流調(diào)速器電樞主電路、勵(lì)磁主電路
電樞主電路為三相全控橋的典型結(jié)構(gòu)，由三只雙單向晶閘管模塊組成，在電源輸入側(cè)與整流正、負(fù)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(hào)，送后級(jí)CPU主板，以形成電流環(huán)閉環(huán)控制和取出過(guò)流保護(hù)信號(hào)。在整流輸出電壓正端串接FLT分流器，供外接電流表，顯示運(yùn)行工作電流。晶閘管模塊散熱風(fēng)機(jī)的供電由X99端子引入AC220V電源。
DCS400直流調(diào)速器的勵(lì)磁主電路與其它直流調(diào)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(jí)L、C電路濾波，形成較為平滑和穩(wěn)定（質(zhì)量較高）的直流可調(diào)電壓，也因?yàn)椴捎脭夭娐罚娐返恼{(diào)壓范圍變寬，無(wú)須對(duì)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(hào)為調(diào)寬脈沖，根據(jù)參數(shù)設(shè)置要求，可設(shè)置最大輸出直流電壓值。勵(lì)磁主電路采用模塊式封裝，內(nèi)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(diào)整信號(hào)由勵(lì)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(jī)的勵(lì)磁繞組，在勵(lì)磁電源上還并接了一個(gè)模塊式勵(lì)磁過(guò)壓保護(hù)組件，將勵(lì)磁電路化簡(jiǎn)如下，看一下過(guò)壓保護(hù)組件的動(dòng)作過(guò)程：
圖中VT1為開(kāi)關(guān)管，L2為勵(lì)磁線(xiàn)圈，D2為續(xù)流二極管，D、C1、L1為電源的整流濾波電路。DW1、VT2、C2、R1構(gòu)成過(guò)壓保護(hù)電路。當(dāng)整流電壓中的尖峰電壓值到達(dá)穩(wěn)壓管DW1擊穿電壓值時(shí)，DW1反向擊穿導(dǎo)通，觸發(fā)晶閘管VT2導(dǎo)通，電壓峰值分量為C2充電所吸收。當(dāng)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(zhǔn)備。實(shí)際電路電容充電回路串入了S20k385壓敏電阻，當(dāng)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(qū)，VT2失去導(dǎo)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(hù)電路有選擇性地只對(duì)超過(guò)390V以上的電壓尖刺部分進(jìn)行吸收，由電容C2存儲(chǔ)，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(yīng)電壓（勵(lì)磁電流檢測(cè)信號(hào)1）經(jīng)X11端子的1、3腳引入前級(jí)勵(lì)磁電流控制信號(hào)，X11端子的2腳（從CPU主板來(lái)）輸入的勵(lì)磁電流給定信號(hào)，合成為“新的”勵(lì)磁電流控制信號(hào)，進(jìn)入后級(jí)控制電路（見(jiàn)下圖5），形成電流環(huán)控制信號(hào)。從L71電流互感器取得的感應(yīng)電流信號(hào)（勵(lì)磁電流檢測(cè)信號(hào)2）經(jīng)L71端子也引入到前級(jí)勵(lì)磁電流控制電路，形成過(guò)勵(lì)磁的欠電流或過(guò)電流故障保護(hù)信號(hào)（見(jiàn)下圖5）。
1.2、DCS400直流調(diào)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(wěn)壓管構(gòu)成電源起動(dòng)電路，14腳、7腳內(nèi)外電路構(gòu)成振蕩電路，UC3844內(nèi)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(gòu)成整個(gè)振蕩回路，V741受控導(dǎo)通后，自供電繞組產(chǎn)生感應(yīng)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(jié)。
2）穩(wěn)壓回路。電路起振工作后，穩(wěn)壓電路隨之發(fā)生作用，精確控制10腳輸出的PWM脈沖信號(hào)的占空比，使脈沖變壓器的儲(chǔ)能發(fā)生變化，維持二次繞組輸出的電壓值保持穩(wěn)定。對(duì)輸出電壓自動(dòng)實(shí)施穩(wěn)壓控制的電路環(huán)節(jié)稱(chēng)為穩(wěn)壓回路，一般由電壓反饋電路、基準(zhǔn)電壓與光耦電路形成的外部誤差放大器、UC3844內(nèi)部誤差放大器、PWM控制電路等構(gòu)成，本電路是由N76及外圍電路將電壓反饋信號(hào)進(jìn)行處理，控制光耦合器D73輸入電流的大小，使D73輸出側(cè)光敏三極管的導(dǎo)通內(nèi)阻發(fā)生變化，進(jìn)而控制UC3844的反饋信號(hào)輸入腳3腳的電壓變化，使內(nèi)部PWM脈沖處理電路，改變10腳輸出脈沖的占空比，達(dá)到穩(wěn)壓輸出電壓的目的。穩(wěn)壓回路也是保證電路正常工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，影響到輸出電壓的高低和穩(wěn)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(yīng)電壓經(jīng)整流取出，送入U(xiǎn)C3844的3腳，形成電壓負(fù)反饋信號(hào)。負(fù)反饋電壓信號(hào)實(shí)質(zhì)上是上述光耦合器返回信號(hào)與自供電繞組的感應(yīng)電壓信號(hào)兩者的合成，共同對(duì)二次繞組的輸出電壓（包括振蕩芯片供電電源）起到穩(wěn)壓控制的作用。
3）保護(hù)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(wěn)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(hù)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(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，輸入U(xiǎn)C3844的電流檢測(cè)信號(hào)輸入腳5腳，形成電流閉環(huán)控制，電路能對(duì)電流變化作出快速反應(yīng)。電流檢測(cè)信號(hào)同時(shí)又加到SAM場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，當(dāng)開(kāi)關(guān)管中有急劇變化的電流跳變信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，SAM瞬時(shí)導(dǎo)通，將開(kāi)關(guān)管V741柵極的電壓快速拉低，起到對(duì)瞬變上升電流的快速抑制。當(dāng)保護(hù)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(hù)回路，也可形成振蕩條件，構(gòu)成振蕩回路的一個(gè)環(huán)節(jié)。
4）負(fù)載回路。二次繞組整流濾波輸出的48V，供末級(jí)觸發(fā)電路的供電，24V輸出作為數(shù)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(fù)載電路的狀態(tài)與開(kāi)關(guān)電源密切相關(guān)，尤其是負(fù)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?qū)е鹿ぷ魍Ｖ梗刂茩C(jī)理是這樣的：負(fù)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(hù)電路起控，做出過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，使開(kāi)關(guān)電路電路呈現(xiàn)出停振或處于間歇振蕩狀態(tài)。開(kāi)關(guān)電源的外電路——負(fù)載電路異常，會(huì)引發(fā)開(kāi)關(guān)電源表現(xiàn)異常（容易誤判是開(kāi)關(guān)電源電路本身出現(xiàn)了故障），這是檢修中應(yīng)該注意的一點(diǎn)。
3、DCS400直流調(diào)速器的末級(jí)觸發(fā)電路
電源/驅(qū)動(dòng)板一般安裝有6路觸發(fā)脈沖電路，另外還預(yù)留有另6路末級(jí)觸發(fā)脈沖電路，散熱器上的模塊安裝孔也預(yù)留有6塊晶閘管的安裝位置，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速器控制負(fù)載電機(jī)二象限或四象限運(yùn)行（從軟件到硬件）的可兼容性。末級(jí)觸發(fā)電路為兩部分結(jié)構(gòu)相同的電路，每部分電路由六路觸發(fā)電路構(gòu)成，上橋臂與下橋相對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)橋臂發(fā)送來(lái)的“補(bǔ)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(hào)幅度的作用。
4、DCS400直流調(diào)速器的勵(lì)磁板電路
本機(jī)電路的信號(hào)測(cè)試端子及兩線(xiàn)路板之間的連接信號(hào)電纜的端子，均以X端子（按序號(hào)）標(biāo)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(dú)立端子，只有一個(gè)引線(xiàn)端子，同時(shí)又是測(cè)試點(diǎn)。如果與實(shí)際電路板對(duì)照，更清楚各端子的去向。
從互感器來(lái)的電流檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)X3、X5端子引入電源/驅(qū)動(dòng)板上的三相橋式整流電路，整流為直流信號(hào)后，經(jīng)X12的12端子輸入CPU主板電路，供運(yùn)行電流顯示及過(guò)載報(bào)警與停機(jī)保護(hù)之用；X1、X2、X7對(duì)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(zhǔn)同步信號(hào)和三相輸入電壓檢測(cè)信號(hào)；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(gòu)成內(nèi)部電壓環(huán)控制和形成輸出電壓檢測(cè)（報(bào)警）信號(hào)。
〔勵(lì)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(lì)磁電流控制電路，電路的構(gòu)成和功能與常規(guī)移相觸發(fā)電路有所不同，稱(chēng)之為脈沖寬度調(diào)制電路更為適宜。
從端子L71輸入的勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)2，一路經(jīng)X12的8端子輸入CPU主板電路，用作勵(lì)磁電流顯示和失磁停機(jī)保護(hù)；一路送入U(xiǎn)C3844的電流檢測(cè)信號(hào)輸入腳5腳，用于過(guò)載時(shí)，電路停振保護(hù)。
勵(lì)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(shù)。3腳輸入的勵(lì)磁電流控制信號(hào)是由X11端子2、3腳輸入的電壓合成信號(hào)，2腳輸入由CPU主板來(lái)的勵(lì)磁給定信號(hào)，3腳輸入的是由圖1的X11端子來(lái)勵(lì)磁電流檢測(cè)信號(hào)1，在兩路合成（相減/電流負(fù)反饋）信號(hào)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(lì)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(lì)磁主電路輸出的整流電壓（電流）上升，以此達(dá)到控制和穩(wěn)定輸出勵(lì)磁電流的目的。
U1為可調(diào)脈沖寬度輸出控制器，在3腳輸入控制信號(hào)的作用下，10腳輸出脈沖寬度受控的脈沖信號(hào)，加到光耦合器U2的輸入側(cè)，形成其輸入側(cè)發(fā)光二極管的輸入電流。U2輸出側(cè)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(zhuǎn)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(hào)作用下，U2輸出側(cè)晶體管V1、V2（推挽電路）輪流導(dǎo)通，輸出的可調(diào)脈寬信號(hào)驅(qū)動(dòng)VT1（IGBT開(kāi)關(guān)管），使勵(lì)磁線(xiàn)圈L1兩端的電壓值維持于控制信號(hào)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(qiáng)電）之間的電位隔離和信號(hào)傳輸，有數(shù)kV級(jí)的電壓隔離度和安培級(jí)的電流輸出能力，可以直接用于驅(qū)動(dòng)100A以下IGBT模塊，因此作用，也被稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)IC或驅(qū)動(dòng)光耦。
〔故障實(shí)例1〕一臺(tái)DCS400直流調(diào)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(yùn)行信號(hào)。檢測(cè)勵(lì)磁主電路（模塊內(nèi)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(xiǎn)管，也沒(méi)有熔斷，判斷故障電路在勵(lì)磁電流控制電路或勵(lì)磁電流信號(hào)檢測(cè)電路。
機(jī)器上電，顯示“磁場(chǎng)欠流”的故障代碼，第一步須解決因勵(lì)磁電流不足形成的報(bào)警信號(hào)，將勵(lì)磁電路的輸出端接入負(fù)載電阻，并從操作顯示面板調(diào)出“電機(jī)額定電流”和“磁場(chǎng)額定電流”，將兩項(xiàng)參數(shù)值調(diào)至最低（注意修復(fù)后應(yīng)恢復(fù)原值），避免檢測(cè)電路動(dòng)作報(bào)出故障。
檢測(cè)DCS400直流調(diào)速器勵(lì)磁板電路（見(jiàn)圖5），驅(qū)動(dòng)IGBT的光耦合器V111的輸入側(cè)2、3腳之間，已有0.5V左右的信號(hào)電壓，但測(cè)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(lì)磁主電路停止工作，勵(lì)磁電流檢測(cè)電路報(bào)出“磁場(chǎng)欠流”的故障代碼。檢測(cè)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(cè)的供電電源恢復(fù)，整機(jī)工作恢復(fù)正常。
光耦合器是一個(gè)電/光轉(zhuǎn)換與信號(hào)傳輸元件，需要輸入側(cè)、輸出側(cè)相隔離的供電回路，失去一組供電，信號(hào)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(cè)的供電，當(dāng)此電源損壞后，勵(lì)磁主電路停止工作，報(bào)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(bào)“磁場(chǎng)欠流”的故障，這可能是該類(lèi)機(jī)型電路設(shè)計(jì)上的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，值得注意。
〔故障實(shí)例2〕一臺(tái)DCS400直流調(diào)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(yùn)行信號(hào)。上電檢查勵(lì)磁電流控制電路正常，V111驅(qū)動(dòng)電路已將驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)加至勵(lì)磁主電路的1引腳上（見(jiàn)圖4-46），觀察勵(lì)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(hào)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(fù)。考慮到模塊內(nèi)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(xù)流二極管，另一只可省掉），可以外搭電路來(lái)修復(fù)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(jí)和發(fā)射極之間并聯(lián)的二極管，擔(dān)任續(xù)流二極管的任務(wù)（找到這么一大功率高速二極管是挺費(fèi)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(jī)，輸出勵(lì)磁電壓正常，故障修復(fù)。
改進(jìn)電路如下圖：
電路所用元件非常易購(gòu)，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?fàn)顟B(tài)，利用管子內(nèi)部并聯(lián)二極管D2，起到勵(lì)磁繞組的續(xù)流作用。用了20元的材料成本，就這樣將機(jī)器修復(fù)了。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號(hào)
