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(duì)各種負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)、應(yīng)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(shù)的高速發(fā)展，由單極型MOS管和雙極型GTR管復(fù)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(guān)頻率高、壓降低、載流量大、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而廣泛用于各類固態(tài)電源中。由IGBT功率器件構(gòu)成的高效節(jié)能中頻電源，在工業(yè)透熱、熔煉領(lǐng)域得到大力推廣應(yīng)用。

    本文以不銹鋼、鋁制品壓接復(fù)合鍋底加工用IGBT中頻電源加熱機(jī)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(shè)備。

1 中頻電源原理

IGBT中頻電源加熱機(jī)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(jīng)主交流接觸器KM接通后輸送到整流電路，通過由VT1～VT6晶閘管組成的三相橋式全控整流電路整流，變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的脈動(dòng)直流電，再經(jīng)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(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的IGBT逆變器并聯(lián)組成，這種結(jié)構(gòu)形式能使中頻電源負(fù)載能力增大1倍。每個(gè)逆變器由4只IGBT(VT7～VT10或VT11～VT14)及相隨的4個(gè)整流二極管(D1～D4或D5～D8)組成，它與負(fù)載中的加熱頭(感應(yīng)線圈)L1～L4、電熱電容C一起，組成單相LC并聯(lián)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(yīng)線圈軸線表面內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的感應(yīng)電流(又稱渦流)，使緊貼加熱頭的金屬制品快速發(fā)熱。


IGBT中頻電源功率的調(diào)整，是通過調(diào)節(jié)功率電位器改變整流觸發(fā)脈沖控制角，從而改變整流電路輸出直流電壓來實(shí)現(xiàn)的。輸出中頻頻率由負(fù)載LC并聯(lián)振蕩器的諧振頻率決定，這是因?yàn)槟孀冇|發(fā)脈沖控制信號(hào)取自負(fù)載回路，當(dāng)負(fù)載LC參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，逆變器輸出頻率也相應(yīng)發(fā)生變化，起到自動(dòng)調(diào)整頻率的作用。


當(dāng)電壓、電流檢測(cè)取樣信號(hào)超過預(yù)先設(shè)定的過壓、過流整定值時(shí)，主控制板內(nèi)的保護(hù)電路工作，控制三相全控整流橋從整流區(qū)快速拉到逆變區(qū)，將電抗器中的能量反饋回電網(wǎng)，同時(shí)使主交流接觸器KM線圈失電切斷主電源，從而保護(hù)了主電路，避免事故的發(fā)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(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)IGBT中頻電源工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)用控制電源檢測(cè)法、假負(fù)載替代檢修法、關(guān)鍵點(diǎn)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(tài)系統(tǒng)檢查。在主機(jī)總電源開關(guān)QF斷開的情況下，檢查各部分是否有脫落、燒焦、打火等現(xiàn)象，同時(shí)按電流流通方向用數(shù)字萬用表對(duì)IGBT中頻電源裝置作系統(tǒng)全面檢查，以避免貿(mào)然通電進(jìn)一步擴(kuò)大故障和燒壞元器件。先檢查保險(xiǎn)管和主交流接觸器是否正常，檢查保險(xiǎn)管時(shí)不能只以紅色指示器彈出來判斷開路，最好通過測(cè)量來確認(rèn)。接著用萬用表×200檔在路檢測(cè)整流晶閘管，除控制極G與陰極K間的阻值約為33Ω外(受驅(qū)動(dòng)變壓器線圈影響)，陽極A、陰極K和控制極G間的阻值均應(yīng)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(cè)IGBT各引腳間的電阻，除集電極C到發(fā)射極E間的阻值約為1.6kΩ外，柵極G、集電極C和發(fā)射極E間的阻值均應(yīng)為無窮大，否則IGBT已損壞。值得注意的是，有些IGBT異常時(shí)用萬用表測(cè)量不出來，需應(yīng)用控制電源檢測(cè)法通過測(cè)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(cè)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(gè)斷開進(jìn)行測(cè)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(yù)留電容，因此只需斷開損壞電容另接預(yù)留電容即可。

(2)控制電源檢測(cè)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(cè)量逆變驅(qū)動(dòng)板輸出波形，同一角線橋臂逆變驅(qū)動(dòng)板輸出波形大小、形狀是一致的。若某塊逆變驅(qū)動(dòng)板輸出波形異常，則可通過更換上正常驅(qū)動(dòng)板來檢測(cè)該塊驅(qū)動(dòng)板是否損壞，若輸出波形正常，則該驅(qū)動(dòng)板損壞，否則IGBT損壞。其次用雙蹤示波器的2個(gè)探頭同時(shí)進(jìn)行測(cè)量檢查，探頭CH1逐個(gè)測(cè)量VT7、VT9、VT11、VT13的驅(qū)動(dòng)板輸出波形，探頭CH2逐個(gè)測(cè)量VT8、VT10、VT12、VT14的驅(qū)動(dòng)板輸出波形，在二條角線橋臂波形的全部交匯點(diǎn)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(cè)得的逆變驅(qū)動(dòng)板正常輸出波形如圖2所示。



圖2 逆變驅(qū)動(dòng)板正常輸出波形圖


(3)假負(fù)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3只100W/220V白熾燈串聯(lián)而成的假負(fù)載。接通控制電源和主電源，啟動(dòng)電源后調(diào)節(jié)功率電位器，觀察整流輸出的直流電壓能否達(dá)到額定最大電壓(約500V)，整流輸出的波形是否穩(wěn)定正確、移相范圍及線性良好。若不正常，則測(cè)量整流觸發(fā)脈沖波形，以判斷是否為整流觸發(fā)電路或晶閘管故障。


(4)通電工作測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)波形。重新連接好逆變主回路，啟動(dòng)并使IGBT中頻電源運(yùn)行在小功率狀態(tài)。用示波器測(cè)量逆變輸出主波形，波形應(yīng)穩(wěn)定正確、整齊一致，若波形異常，則應(yīng)用控制電源檢測(cè)法重點(diǎn)檢查逆變電路。再使IGBT中頻電源運(yùn)行在較大功率狀態(tài)，除測(cè)量逆變輸出主波形外，還要測(cè)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(wěn)定正確、整齊一致。用示波器測(cè)得的IGBT中頻電源空載時(shí)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(bào)警保護(hù)的檢修。保護(hù)電路的檢修主要按照IGBT中頻電源上的報(bào)警指示，有針對(duì)性地對(duì)相關(guān)電路和器件進(jìn)行檢查。過壓保護(hù)主要檢查逆變驅(qū)動(dòng)電路、IGBT、電熱電容、感應(yīng)線圈等;過流保護(hù)檢查晶閘管和IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路、二極管、電熱電容、感應(yīng)線圈等;循環(huán)冷卻水保護(hù)檢查外部冷卻水、熱交換器、增壓水泵、內(nèi)部冷卻水管路等。



3 結(jié)束語



在使用IGBT中頻電源設(shè)備前，需充分了解IGBT中頻電源的工作原理及中頻電源設(shè)備的主要性能參數(shù)。在使用IGBT中頻電源設(shè)備過程中，需注重日常保養(yǎng)和定期維護(hù)，定期清理機(jī)內(nèi)的灰塵雜物，檢查緊固導(dǎo)電連接部位，保持循環(huán)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(tài)。在IGBT中頻電源設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，需按照IGBT中頻電源工作原理，科學(xué)分析故障原因，并運(yùn)用示波器檢測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)波形等方法，按檢修流程快速?gòu)氐着懦收?。通過上述措施，可使IGBT中頻電源設(shè)備長(zhǎng)期正常穩(wěn)定運(yùn)行，服務(wù)于生產(chǎn)并創(chuàng)造最大的效益。