中頻電源的故障分析以及檢修

簡介： 本文論述了中頻電源常見故障的維修方法,對于從事中頻維修的同行有一定的幫助.

關(guān)鍵字：中頻電源

晶閘管中頻感應(yīng)加熱電源是利用晶閘管將三相工頻交流電能變換成幾百或幾千赫茲的單相交流電能。具有控制方便、效率高、運(yùn)行可靠、勞動(dòng)強(qiáng)度低的特點(diǎn)，廣泛用于鑄鋼、不銹鋼或合金鋼的冶煉、真空冶煉、鍛件的加熱和鋼管的彎曲、擠壓成型、工件的預(yù)熱、鋼件表面淬火、退火熱處理、金屬零件的焊接、粉末冶金、輸送高溫工質(zhì)的管道加熱、晶體的生長等不同場合。在我廠，中頻電源裝置主要用于鑄鋼、不銹鋼和青銅等的冶煉。

中頻電源的工作原理為：采用三相橋式全控整流電路將交流電整流為直流電，經(jīng)電抗器平波后，成為一個(gè)恒定的直流電流源，再經(jīng)單相逆變橋，把直流電流逆變成一定頻率(一般為1000至8000Hz)的單相中頻電流。負(fù)載由感應(yīng)線圈和補(bǔ)償電容器組成，連接成并聯(lián)諧振電路。

一般情況下，可以把中頻電源的故障按照故障現(xiàn)象分為完全不能起動(dòng)和起動(dòng)后不能正常工作兩大類。作為一般的原則，當(dāng)出現(xiàn)故障后，應(yīng)在斷電的情況下對整個(gè)系統(tǒng)作全面檢查，它包括以下幾個(gè)方面：

(一)電源：用萬用表測一下主電路開關(guān)(接觸器)和控制保險(xiǎn)絲后面是否有電，這將排除這些元件斷路的可能性。

(二)整流器：整流器采用三相全控橋式整流電路，它包括六個(gè)快速熔斷器、六個(gè)晶閘管、六個(gè)脈沖變壓器和一個(gè)續(xù)流二極管。在快速熔斷器上有一個(gè)紅色的指示器，正常時(shí)指示器縮在外殼里邊，當(dāng)快熔燒斷后它將彈出，有些快熔的指示器較緊，當(dāng)快熔燒斷后，它會卡在里面，所以為可靠起見，可以用萬用表通斷檔測一下快熔，以判斷它是否燒斷。

測量晶閘管的簡單方法是用萬用表電阻擋(200Ω擋)測一下其陰極—陽極、門極—陰極電阻，測量時(shí)晶閘管不用取下來。正常情況下，陽極—陰極間電阻應(yīng)為無窮大，門極—陰極電阻應(yīng)在10—50Ω之間，過大或過小都表明這只晶閘管門極失效，它將不能被觸發(fā)導(dǎo)通。

脈沖變壓器次邊接在晶閘管上，原邊接在主控板上，用萬用表測量原邊電阻約為50Ω。續(xù)流二極管一般不容易出現(xiàn)故障，檢查時(shí)用萬用表二極管擋測其二端，正向時(shí)萬用表顯示結(jié)壓降約有500mV，反向不通。

(三)逆變器：逆變器包括四只快速晶閘管和四只脈沖變壓器，可以按上述方法檢查。

(四)變壓器：每個(gè)變壓器的每個(gè)繞組都應(yīng)該是通的，一般原邊阻值約有幾十歐姆，次極幾歐姆。應(yīng)該注意：中頻電壓互感器的原邊與負(fù)載并聯(lián)，所以其電阻值為零。

(五)電容器：與負(fù)載并聯(lián)的電熱電容器可能被擊穿，電容器一般分組安裝在電容器架上，檢查時(shí)應(yīng)先確定被擊穿電容器所在的組。斷開每組電容器的匯流母排與主匯流排之間的連接點(diǎn)，測量每組電容器兩個(gè)匯流排間的電阻，正常時(shí)應(yīng)為無窮大。確認(rèn)壞的組后，再斷開每臺電熱電容器引至匯流排的軟銅皮，逐臺檢查即可找到擊穿的電容器。每臺電熱電容器由四個(gè)芯子組成，外殼為一極，另一極分別通過四個(gè)絕緣子引到端蓋上，一般只會有一個(gè)芯子被擊穿，跳開這個(gè)絕緣子上的引線，這臺電容器可以繼續(xù)使用，其容量是原來的3/4。電容器的另一個(gè)故障是漏油，一般不影響使用，但要注意防火。

安裝電容器的角鋼與電容器架是絕緣的，如果絕緣擊穿將使主回路接地，測量電容器外殼引線和電容器架之間的電阻，可以判斷這部分的絕緣狀況。

(六)水冷電纜：水冷電纜的作用是連接中頻電源和感應(yīng)線圈，它是用每根直徑Φ0.6–Ф0.8紫銅線絞合而成。對于500公斤電爐，電纜截面積為480平方毫米，對于250公斤電爐，電纜截面積采用300至400平方毫米。水冷電纜外膠管采用耐壓5公斤的壓力橡膠管，里面通以冷卻水，它是負(fù)載回路的一部分，工作時(shí)受到拉力和扭力，與爐體一起傾動(dòng)而發(fā)生曲折，因此時(shí)間長后容易在柔性連接處斷裂開。水冷電纜斷裂過程，一般是先斷掉大部分后，在大功率運(yùn)行時(shí)把未斷小部分很快燒斷，這時(shí)中頻電源就會產(chǎn)生很高的過電壓，如果過電壓保護(hù)不可靠，就會燒壞晶閘管。水冷電纜斷開后，中頻電源無法啟動(dòng)工作。如不檢查出原因而反復(fù)啟動(dòng)，就很可能燒壞中頻電壓互感器。檢查故障時(shí)可用示波器，把示波器探頭夾在負(fù)載兩端，觀察按啟動(dòng)按鈕時(shí)有無衰減波形。確定電纜斷芯時(shí)先把水冷電纜與電熱電容器輸出銅排脫開，用萬用表電阻擋(200Ω擋)測量電纜的電阻值，正常時(shí)電阻值為零，斷開時(shí)為無窮大。用萬用表測量時(shí)，應(yīng)把爐體翻到傾倒位置，使水冷電纜掉起，這樣使斷處徹底脫離，才能正確判斷是否斷芯。

通過以上幾個(gè)方面的檢查，一般能查出大部分的故障原因，接下來可以接通控制電源，作進(jìn)一步的檢查。中頻電源主電路合閘有手動(dòng)和自動(dòng)兩種。對于自動(dòng)合閘的系統(tǒng)，應(yīng)該先將電源線暫時(shí)斷開，以確保主電路不會合上。接通控制電源后，可以作下面幾個(gè)方面的檢查。

1.將示波器探頭接在整流晶閘管的門極和陰極上，示波器置于電源同步，按下啟動(dòng)按鈕后即可看到觸發(fā)脈沖波形，應(yīng)為雙脈沖，幅度應(yīng)大于2V。按一下停止按鈕，脈沖將立即消失。重復(fù)六次，將每個(gè)晶閘管都看一下，如果門極沒有脈沖，可以將示波器的探頭移到脈沖變壓器的原邊看一下，如果原邊有脈沖而次邊沒有，說明脈沖變壓器損壞，否則問題可能出在傳輸線或主控板上。

2.將示波器探頭接在逆變晶閘管的門極和陰極上，示波器置于內(nèi)同步，接通控制電源后可以看到逆變觸發(fā)脈沖，它是一串尖脈沖，幅度應(yīng)大于2V，通過示波器的時(shí)標(biāo)讀出脈沖周期，算出觸發(fā)脈沖頻率，正常時(shí)應(yīng)比電源柜的標(biāo)稱頻率高約20%，這個(gè)頻率稱為啟動(dòng)頻率。按下啟動(dòng)按鈕后，脈沖的間距加大，頻率變低，正常時(shí)應(yīng)比電源柜的標(biāo)稱頻率低約40%，按一下停止按鈕，脈沖頻率立即跳回啟動(dòng)頻率。

通過上列檢查，基本上能排除完全不能啟動(dòng)的故障。啟動(dòng)以后工作不正常，一般表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：

1.整流器缺相：故障表現(xiàn)為工作時(shí)聲音不正常，最大輸出電壓升不到額定值，且電源柜怪叫聲變大，這時(shí)可以調(diào)低輸出電壓在200V左右，用示波器觀察整流器的輸出電壓波形(示波器應(yīng)置于電源同步)，正常時(shí)輸入電壓波形每周期有六個(gè)波形，缺相時(shí)會缺少二個(gè)，如圖2所示。這一故障一般是由于整流器某只晶閘管沒有觸發(fā)脈沖或觸發(fā)不導(dǎo)通引起的，這時(shí)應(yīng)先用示波器看一下六個(gè)整流晶閘管的門極脈沖，如果有的話，關(guān)機(jī)后用萬用表200Ω檔測量一下各個(gè)門極電阻，將不通或者門極電阻特別大的那只晶閘管換掉即可。

2.逆變器三橋臂工作：故障表現(xiàn)為輸出電流特別大，空爐時(shí)也一樣，且電源柜工作時(shí)聲音很沉重，啟動(dòng)后把功率旋鈕調(diào)到最小位置，會發(fā)現(xiàn)中頻輸出電壓比正常時(shí)高。用示波器依次觀察四個(gè)逆變晶閘管的陽極—陰極之間的電壓波形，正常時(shí)每一只的波形都如圖3所示。如果三橋臂工作，可以看到逆變器中有相鄰的二只晶閘管的波形正常，另外相鄰的二只有一只沒有波形，另一只為正弦波，如圖4所示，KK2觸發(fā)不通，其陽極—陰極之間的波形就是正弦波;同時(shí)KK2不導(dǎo)通會導(dǎo)致KK1無法關(guān)斷，所以KK1二端就沒有波形。

3.感應(yīng)線圈故障：感應(yīng)線圈是中頻電源的負(fù)載，它采用壁厚3至5毫米的方形紫銅管制成。它的常見故障有以下幾種：

感應(yīng)線圈漏水，這可能引起線圈匝間打火，必須及時(shí)補(bǔ)焊才能運(yùn)行。

鋼水粘在感應(yīng)線圈上，鋼渣發(fā)熱、發(fā)紅，會引起銅管燒穿，必須及時(shí)清除干凈。

感應(yīng)線圈匝間短路，這類故障在小型中頻感應(yīng)爐上特別容易發(fā)生，因?yàn)闋t子小，在工作時(shí)受熱應(yīng)力作用而變形，導(dǎo)致匝間短路，故障表現(xiàn)為電流較大，工作頻率比平常時(shí)高。

綜上所述，為了能采用正確的方法進(jìn)行中頻電源的故障維修，就必須熟悉中頻電源常見故障的特點(diǎn)及原因，才能少走彎路，節(jié)省時(shí)間，盡快的將故障排除，恢復(fù)中頻電源的正常運(yùn)行，從而保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。