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                                      IGBT中頻電源的工作原理圖及檢修方法
                                      IGBT中頻電源的工作原理圖及檢修方法
                                       

                                          引言:中頻電源是一種靜止變頻裝置,它將三相工頻電源變換成單相中頻交流電。中頻電源對各種負載適應能力強、應用范圍廣,主要用于金屬的透熱、熔煉、焊接、淬火、回火、熱處理等。近年來,隨著電力電子技術的高速發展,由單極型MOS管和雙極型GTR管復合成的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)新型功率器件,因其具有輸入阻抗高、工作速度快、開關頻率高、壓降低、載流量大、驅動電路簡單等優點而廣泛用于各類固態電源中。由IGBT功率器件構成的高效節能中頻電源,在工業透熱、熔煉領域得到大力推廣應用。

                                          本文以不銹鋼、鋁制品壓接復合鍋底加工用IGBT中頻電源加熱機為例,介紹IGBT中頻電源的原理和檢修方法。這些檢修方法也適用于其它中頻電源設備。

                                        1 中頻電源原理

                                        IGBT中頻電源加熱機的核心是IGBT中頻電源,其電路原理如圖1所示。

                                        

                                        圖1 IGBT中頻電源電路原理圖

                                        三相工頻交流電,經主交流接觸器KM接通后輸送到整流電路,通過由VT1VT6晶閘管組成的三相橋式全控整流電路整流,變為電壓可調的脈動直流電,再經平波電抗器LD濾波成平滑的直流電供給逆變電路。逆變電路由2個結構完全相同的IGBT逆變器并聯組成,這種結構形式能使中頻電源負載能力增大1倍。每個逆變器由4IGBT(VT7VT10VT11VT14)及相隨的4個整流二極管(D1D4D5D8)組成,它與負載中的加熱頭(感應線圈)L1L4、電熱電容C一起,組成單相LC并聯諧振式逆變器。從逆變電路輸出的中頻交流電大電流通過加熱頭,在垂直于感應線圈軸線表面內產生強烈的感應電流(又稱渦流),使緊貼加熱頭的金屬制品快速發熱。

                                        IGBT中頻電源功率的調整,是通過調節功率電位器改變整流觸發脈沖控制角,從而改變整流電路輸出直流電壓來實現的。輸出中頻頻率由負載LC并聯振蕩器的諧振頻率決定,這是因為逆變觸發脈沖控制信號取自負載回路,當負載LC參數發生變化時,逆變器輸出頻率也相應發生變化,起到自動調整頻率的作用。

                                        當電壓、電流檢測取樣信號超過預先設定的過壓、過流整定值時,主控制板內的保護電路工作,控制三相全控整流橋從整流區快速拉到逆變區,將電抗器中的能量反饋回電網,同時使主交流接觸器KM線圈失電切斷主電源,從而保護了主電路,避免事故的發生。

                                      2 檢修

                                      IGBT中頻電源檢修

                                        IGBT中頻電源故障檢修,是在普通電氣故障檢修流程、方法和經驗基礎上,根據IGBT中頻電源工作原理和結構特點,應用控制電源檢測法、假負載替代檢修法、關鍵點波形判斷法等,快速、高效、徹底地排除故障。下面介紹IGBT中頻電源故障檢修流程。

                                        (1)斷電狀態系統檢查。在主機總電源開關QF斷開的情況下,檢查各部分是否有脫落、燒焦、打火等現象,同時按電流流通方向用數字萬用表對IGBT中頻電源裝置作系統全面檢查,以避免貿然通電進一步擴大故障和燒壞元器件。先檢查保險管和主交流接觸器是否正常,檢查保險管時不能只以紅色指示器彈出來判斷開路,最好通過測量來確認。接著用萬用表×200檔在路檢測整流晶閘管,除控制極G與陰極K間的阻值約為33Ω外(受驅動變壓器線圈影響),陽極A、陰極K和控制極G間的阻值均應為無窮大,否則整流晶閘管已損壞。同樣用萬用表×2k檔在路檢測IGBT各引腳間的電阻,除集電極C到發射極E間的阻值約為1.6kΩ外,柵極G、集電極C和發射極E間的阻值均應為無窮大,否則IGBT已損壞。值得注意的是,有些IGBT異常時用萬用表測量不出來,需應用控制電源檢測法通過測量波形才能斷定。最后,斷開安裝電熱電容組銅排的前后連接,檢測電熱電容組兩極間的阻值是否為無窮大,若不是則表明電容漏電或擊穿短路。將連接電容與母銅排的軟銅線逐個斷開進行測量檢查,直到找出漏電或短路的電容,通常,在電熱電容組中有預留電容,因此只需斷開損壞電容另接預留電容即可。

                                      (2)控制電源檢測IGBT逆變器。在IGBT中頻電源裝置中,控制電源與主電源的接通是分開控制的。在只接通控制電源的情況下,先用示波器測量逆變驅動板輸出波形,同一角線橋臂逆變驅動板輸出波形大小、形狀是一致的。若某塊逆變驅動板輸出波形異常,則可通過更換上正常驅動板來檢測該塊驅動板是否損壞,若輸出波形正常,則該驅動板損壞,否則IGBT損壞。其次用雙蹤示波器的2個探頭同時進行測量檢查,探頭CH1逐個測量VT7VT9VT11VT13的驅動板輸出波形,探頭CH2逐個測量VT8VT10VT12VT14的驅動板輸出波形,在二條角線橋臂波形的全部交匯點一致的情況下,才可以判斷全部IGBT工作基本正常。用示波器測得的逆變驅動板正常輸出波形如圖2所示。

                                        

                                        圖2 逆變驅動板正常輸出波形圖

                                        (3)假負載檢查整流電路。在電抗器LD和分流器RS后斷開逆變主回路,接上由3100W/220V白熾燈串聯而成的假負載。接通控制電源和主電源,啟動電源后調節功率電位器,觀察整流輸出的直流電壓能否達到額定最大電壓(500V),整流輸出的波形是否穩定正確、移相范圍及線性良好。若不正常,則測量整流觸發脈沖波形,以判斷是否為整流觸發電路或晶閘管故障。

                                        (4)通電工作測量關鍵點波形。重新連接好逆變主回路,啟動并使IGBT中頻電源運行在小功率狀態。用示波器測量逆變輸出主波形,波形應穩定正確、整齊一致,若波形異常,則應用控制電源檢測法重點檢查逆變電路。再使IGBT中頻電源運行在較大功率狀態,除測量逆變輸出主波形外,還要測量整流輸出主波形、電抗器平波后的主波形,這些主波形都必須穩定正確、整齊一致。用示波器測得的IGBT中頻電源空載時的整流輸出、電抗器平波后和逆變輸出三大主波形如圖3所示。

                                        

                                       

                                        圖3 IGBT中頻電源整流、平波和輸出三大主波形圖

                                        (5)報警保護的檢修。保護電路的檢修主要按照IGBT中頻電源上的報警指示,有針對性地對相關電路和器件進行檢查。過壓保護主要檢查逆變驅動電路、IGBT、電熱電容、感應線圈等;過流保護檢查晶閘管和IGBT及其驅動電路、二極管、電熱電容、感應線圈等;循環冷卻水保護檢查外部冷卻水、熱交換器、增壓水泵、內部冷卻水管路等。

                                       3 結束語

                                        在使用IGBT中頻電源設備前,需充分了解IGBT中頻電源的工作原理及中頻電源設備的主要性能參數。在使用IGBT中頻電源設備過程中,需注重日常保養和定期維護,定期清理機內的灰塵雜物,檢查緊固導電連接部位,保持循環冷卻水的水溫和流量等,使IGBT中頻電源一直處于正常工作狀態。在IGBT中頻電源設備出現異常時,需按照IGBT中頻電源工作原理,科學分析故障原因,并運用示波器檢測關鍵點波形等方法,按檢修流程快速徹底排除故障。通過上述措施,可使IGBT中頻電源設備長期正常穩定運行,服務于生產并創造最大的效益。

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