12脉波整流维修说明

12脉波KGPS中频电源控制原理
KGPS系列感应加热晶闸管变频装置是利用晶闸管将三相工频交流电能转换为几百或几千赫的单相交流电能。

具有控制方便、运行可靠、效率高等特点，有利于提高产品的产量和质量。

本装置采用全数字控制，扫频启动方式，无须同步变压器等，线路简单，调试方便，负载适应能力强，启动可靠。

应用于铸钢、不锈钢、合金钢的冶炼，真空冶炼，感应加热等不同场合。

1．主电路原理
1.1整流电路原理
整流电路主要是将50HZ的交流电整流成直流。

由12个晶闸管组成的12脉波串联全控整流电路，输入工频电网电压(400V)，控制可控硅的导通，实现输出0～510V 连续可调的直流电压。

(如图)
六相12脉波全控整流桥工作原理
当触发脉冲在任意控制角时，其输出直流电压为：
Ud = 1.35UaCosaX2
式中：Ua = 三相进线电压
a-控制角
1.2逆变电路原理：
该产品采用了并联逆变器，这种逆变器对负载变化适应能力强，见图（4）所示。

它的主要作用是将三相整流电压Ud逆变成单相400-10KC的中频交流电。

一般，由于功率大小、进线电压等原因，逆变可控硅的数量有，四只、八只、十六只三种，即采用单管、串管、并管等技术。

但为了分析方便，将其等效为图（4）电路。

下面分析一下逆变器的工作过程，假设图（4）中，先是①②导通③④截止，则直流电流Id经电抗器Ld，可控硅①②流向Lc谐振回路，Lc产生谐振，振荡电压正弦波。

此时电容器两端的电压极性为左正右负，如果在电容器两端电压尚未过零时之前的某一时刻产生脉冲去触发可控硅③④，此时形成可控硅①②③④同时导通状态，由于可控硅③④的导通，电容器两端的电压通过可控硅③④加在可控硅①②上使可控硅①②两端承受反压而关断，也就是说可控硅①②将电流换给了③④。

换流以后，直流电流Id经电抗器Ld、可控硅③④反向流向LC谐振回路。

电容器两端的电压继续按正弦规律变化，而电容器两端电压
极性为左负右正，负载回路中的电流也改变了方向。

当电容器右端的正电压要在过零前的某一时刻再将可控硅①②触发导通，再次形成可控硅①②③④同时导通状态。

可控硅③④承受反压关断，可控硅①②继续导通，着就完成了一个工作循环。

从上述工作过程可以看出，当可控硅①②导通时电流由一个方向流入负载，可控硅①②和③④相互轮流导通和关断，就把一个直流变成了交流，可控硅①②与③④每秒钟交替工作的次数也就决定了交流电输出的频率。

1.3滤波电路
滤波电路是由电抗器担任的，其作用有三：
■滤波作用——三相交流进线电压经三相全控整流桥整流后，成为300Hz 的脉动直流电压信号，由于电抗器的存在，经其滤波滤波后电压变为
较为平滑的直流电压信号。

■隔离作用——将整流端的直流电压信号与逆变端的交流电压信号进行隔离。

■限流作用——电抗器是一个电感量较大的电感，当逆变侧发生短路或电流冲击时，限制电流的迅速上升，防止对整流电路和电网的冲击。

6.1.4负载电路
负载电路是由补偿电容器C和负载电感L组成的LC谐振电路，其工作过程已在分析逆变电路时讲过。

负载电路的主要形式由，平压电路和升压电路两种，如（图5）、（图6）所示。

图（5）平压式负载电路图（6）升压式负载电路
图中：Un ——逆变器的输出端
LD1——泄放电感
DIP-1可关掉此调节器。

IC19B构成逆变角调节器，其输出由IC19C为钳位限幅。

6.2.4逆变部分工作原理
该电路逆变触发部分采用的是扫频式零压启动,由于自动调频的需要,虽然逆变电路采用的是自励工作方式,控制信号也是取自负载端,但是主电路上无需附加启动电路,不需要预充磁、预充电启动过程，因此，主电路得以简化，但随之带来的问题是控制电路较为复杂。

启动过程大致是这样的，在逆变电路启动之前，先以一个高于槽路谐振频率的它激信号去触发逆变可控硅，当电路检测到中频信号时，便控制它激信号的频率从高向低扫描，当它激信号的频率下降到接近槽路谐振频率时，中频电压便建立起来，并反馈到自动调频电路。

自动调频电路一旦投入工作，便停止它激信号的扫描，转由自动调频电路控制逆变引前角，使设备进入稳态运行。

若一次启动不成功，即自动调频电路没有抓住中频电压反馈信号，此时，它激信号便会一直扫描到最低频率，重复启动电路一旦检测到它激信号进入到最低频段，便进行一次再启动，把它激信号在推到最高频率，重新扫描一次，直至启动成功。

重复启动的周期约为0.5秒钟 ,完成一次启动到满功率的时间不超过1秒。

4. 逆变部分工作原理
该电路逆变采用的是扫频式软启动。

在逆变电路启动前，先以高于槽路谐振频率的它激信号去触发逆变可控硅〔KK〕当电路检测到主电路电流时，便控制它激信号从高到低扫描，当它激信号的频率下降到接近槽路谐振频率时中频电压便建立起来，并反馈到自动调频电路。

自动调频电路一旦投入工作，便停止它激信号的扫描，转由自动调频电路控制逆变引前角，使设备进入稳态运行。

若一次启动不成功，它激信号便会一直扫描到最低频率，重复启动电路投入工作，重新扫描一次，直至启动成功。

重复启动的周期约为0.5秒。

二. 操作方法及注意事项
1.启动过程：
■按“控制电源合”按钮接通控制电源。

■等主电路延时合闸后，对应指示等亮。

■按“中频启动”按钮启动中频。

■顺时针略旋点调功电位器，可看到直流电流表上下摆动，这是逆变器在自动进行扫频工作，当扫描频率接近主回路谐振频率时，锁相环锁
定，启动成功。

■旋调功电位器升功率，进行正常工作
2.停机过程：
■逆时针旋调功电位器至最小
■分断“中频停止”开关
■按“主电路分”按钮分断主电
■按“控制电源分”按钮分断控制电源
3.注意事项：
■电源在每次启动前应先检查各冷却水是否正常，有无漏水现象；
■调功电位器是否返回最小位，
■在运行中频繁发生过流、过压现象应认真检查，是否存在短和打火现象。

三. 控制板各指示灯代表的状态(新版已经全汉字标注）
代号状态
O.C 过电流指示
O.V 过电压指示
L.V 欠压指示
WPL 水压不足
VLOP 电压环投入
POW 缺相指示
Φmax 逆变角太大〔启动成功后熄灭〕
Φmin 逆变角太小〔启动时闪烁〕
四. 各电位器的作用
W1〔VF〕—调节限电压值和电压保护值；逆时针增大整定值
W2〔IF〕—调整限电流值和电流保护值；逆时针增大整定；
W3〔Φmin〕—调整最小逆变角；逆时针增大整定值
W5〔Φmax〕—调整最大逆变角；顺时针增大逆变角
W4〔αmax〕—调整整流脉冲最大移相范围；逆时针增大移相范围
一般出厂调好，不能再调。

W6〔Fmax〕—调整最高启动频率；逆时针频率增大
W7〔F〕—校正频率表读数逆时针减小读数
W8 —调整整流脉冲的起始位置。

逆时针减小读数
一般出厂调好，不能再调。

W9 电流平衡修正微调。

五．动态运行调试：
1. 整流电路调试
将＋24V端子线断开，以便取掉逆变脉冲。

打开控制电源，合主电路，将调功电位器旋到最小位置，打开启动开关。

此时，整流电压波形处于半关闭状态，顺时针调节调功电位器是KP可控硅全开放；α = 0°既U直=1。

35×U进
U直=1。

35×U进×C OSαα为控制角〔120°～0°〕
U中频=1.1×U直／CosΦΦ－逆变角
3.在轻载下整定输出电压。

在这项调试中可见到阻抗调节器起作用，即直流
电压到一定值，不再上升，而中频输出电压却还能继续随调功电位器的旋大，而继续上升。

调节电压限制电位器使电压到要求值。

过压保护值为该电压的1.2倍。

4.在重载下整定最大输出电流。

此项调试要求负载越重越好，调节电流限制
电位器使直流电流到额定值。

这时过流保护值是额定值的1.3倍。

5.如果调试过程中出现逆变角调不小（中频电压和直流电压的比值相差很
大，并调节不动）的情况，在排除了槽路谐振频率过低的情况后，应检查逆变可控硅是否都工作了，或者是逆变触发线是否接反了，当三只可控硅工作时就会出现逆变角过大现象。

四常见故障的维修方法
1．维修前的准备
1.1维修时所需的工具有：万用表、20兆以上双踪示波器、电烙铁、螺丝刀、扳手等。

1.2维修时所需要的资料有：设备有关电气图纸、说明书等技术资料。

1.3维修前应首先了解设备的故障现象，出现故障时所发生的情况，以及查看设备的记录资料。

1.4准备一些易损和常用的元器件。

2．常见故障的维修
2.1故障现象：
设备无法启动，启动时只有直流电流表有指示，直流电压、中频电压表均无指示。

故障分析及处理：这是一种最常见的故障现象，造成的原因可能是：
2.1.1逆变触发脉冲有缺脉冲现象――用示波器检查逆变脉冲（最好在可控硅的AK上检查），如发现有缺脉冲现象，检查连线是否有接触不良或开路，前级是否有脉冲输出。

2.1.2逆变可控硅击穿――更换可控硅，并检查可控硅损坏原因（有关可控硅损坏原因参见后面的可控硅损坏原因分析）。

2.1.3电容器击穿――拆除损坏的电容器极柱。

2.1.4负载有短路、接地现象――排除短路点和接地点。

2.1.5中频信号取样回路有开路或短路现象――用示波器观察各信号取样点的波形，或在不通电的情况下用万用表测量各信号取样回路的电阻值，查找开路点或短路点。

2.2故障现象：
启动较困难，启动后中频电压高出直流电压的一倍，且直流电流过大。

故障分析及处理：造成这种故障的原因有：
2.2.1逆变回路有一只可控硅损坏――当逆变回路有一只可控硅损坏时，设备有时也可启动，但启动后会出现上述故障现象，更换损坏的可控硅，并检查损坏原因。

2.2.2中频信号取样回路有开路或极性错误现象――这种原因多在采用交角法的线路中，中频电压信号开路或在维修其它故障时将中频电压信号的极性接反，均会造成此故障现象。

2.2.3逆变引前角移向电路出现故障――中频电源的负载是呈容性的，即：电流超前于电压。

在取样控制电路中，都设计有移相电路，如果移相电路出现故障也会造成此故障现象。

2.3故障现象
启动困难，启动后直流电压最高只能升到400V，且电抗器震动大，声音沉闷。

故障分析及处理：这种故障是三相全控整流桥故障，其主要原因是：
2.3.1.整流可控硅开路、击穿、软击穿或电参数性能下降――用示波器观察各整流可控硅的管压降波形，查找损坏的可控硅后更换。

当损坏的可控硅击穿时，其管压降波形为一条直线；软击穿时电压升到一定时为一条直线，电参数下降时电压升到一定值时波形发生变化。

如果出现上述现象，直流电流就会出现断流现象，造成电抗器震动。

2.3.2缺少一组整流触发脉冲――用示波器分别检查各路触发脉冲（最好在可控硅上检查），检查出没有脉冲的回路时，用倒推法确定故障位置，更换其损坏器件。

当出现这种现象时，直流电压的输出波头就会缺少一个波头，造成电流断流，产生此故障现象。

2.4故障现象
能够启动，但启动后又马上停机，设备处于不断重复启动状态。

故障分析及处理：这种故障是属于扫频式启动方式的设备故障，其原因是：
2.4.5逆变引前角过小，启动后由于换相失败而引起的重复启动――用示波器通过观察中频电压波形，将逆变引前角适当调大。

2.4.6负载振荡频率信号在它激扫描频率信号范围的边缘位置――重新调整它激扫描频率的扫描范围。

2.5故障现象
设备启动后，当功率升到一定值时设备过流保护动作，有时会烧坏可控硅元件，重新启动，现象依然如故。

故障分析及处理：这种故障现象一般是由于以下两种原因造成：
2.5.1逆变可控硅水冷套内断水或散热效果下降――更换水冷套。

有时观察水冷套的出水量和压力是足够的，但经常由于水质问题，在水冷套的壁上附着了一层水垢，由于水垢是一种导热性级差的物体，虽然有足够的水流量流过，但因为水垢的隔离是其散热效果大大降低。

其判断方法是：将功率运行在较低于该过流值的功率下约十分钟，迅速停机，停机后迅速用手触摸可控硅元件的芯部，若感觉到烫手，则该故障是由此原因引起的。

2.5.2槽路连接导线有接触不良和断线情况――检查槽路连接导线，根据实际情况酌情处理。

当槽路连接导线有接触不良或断线情况时，功率升到一定值后会产生打火现象，影响了设备的正常工作，从而导致设备保护动作。

有时因打火时会在可控硅两端产生瞬时过电压，如果过压保护动作来不及，会烧坏可控硅元件。

该现象经常会出现过电压、过电流同时动作。

2.6故障现象
设备启动时无任何反应，经观察，控制线路板上的缺相指示灯亮。

故障分析及处理：这种故障现象较为明显，是由以下原因引起的：
2.6.1快速熔断器烧断――一般快速熔断器都有熔断指示，可通过观察其指示来判断熔断器是否烧断，但有时因快速熔断器使用时间过久或质量原因，不指示
或指示不明确，须断电后用万用表测量。

处理方法是：更换快速熔断器，分析烧断原因。

一般烧断快速熔断器的原因有两种：
■设备在长时间大功率、大电流的条件下运行造成快速熔断器发热，使熔芯热熔。

■整流控制电路故障造成瞬时大电流冲击。

应对整流电路进行检查。

■整流负载或中频负载短路，造成瞬时大电流冲击，烧坏快速熔断器，检查其负载回路。

2.6.2主令开关的触头烧坏或前级供电系统有缺相故障――用万用表的交流电压档测量每一级的线电压，判断故障位置。

2.7故障现象
设备运行时直流电流以达到额定值，但直流电压和中频电压低，用示波器观察其中频电压波形，波形正常且逆变引前角也正常。

故障分析及处理：该故障现象不属于中频电源故障，而是由于负载的阻抗过低引起的，须对负载阻抗重新调整。

2.7.1在升压负载的电路中，由于串连补偿电容器的损坏将其拆除，没有更换，或者一味的最求高功率而无节制的增加补偿电容器，使负载的补偿量过补偿，都会造成此故障现象。

解决方法是重新调整补偿电容器的补偿量，使设备能在额定功率下运行。

2.7.2感应器有匝间短路现象――如果感应器有匝间短路现象，其负载的阻抗也会随之降低，造成此故障现象。

匝间短路有两种可能：
■感应器的铜管直接短路
■感应器的固定胶木柱严重炭化，由于炭具有导电特性，故造成感应器匝间由炭化的胶木使其匝间直接连接造成感应器匝间短路。

解决方法是排除匝间短路现象。

2.8故障现象
设备运行时直流电压、中频电压均以达到额定值，但直流电流小，功率低。

故障分析及处理：该故障现象与“2.7”故障现象的原因相反，是由于负载阻抗高引起的。

2.8.1负载补偿电容器的补偿量不足――增加补偿电容器。

2.8.2槽路（负载LC振荡回路）连接导线的节点接触电阻过大――由于设备长时间的使用，其槽路铜排的连接处受灰尘的影响，使其接触电阻增大，造成负载的阻抗增高，出现此故障现象。

2.9故障现象
设备运行正常，直流电流指示偏高，如果将电流设定在额定值，则电压太低，且功率表的指示值与直流电压直流电流的乘积不符，而以前是相符的。

故障分析及处理：这种故障现象有些类似于“2.7”的故障现象，但有所区别。

故障的原因是因为直流电流表的指示不准确，而给人造成一种错觉，误以为电流大。

这种故障的原因较为隐蔽，一时很难发现。

如果仔细分析，便可发现，功率的指示值与电压、电流的乘积不符，说明仪表的显示值可能有误。

电压值可采用万用表的直流电压档去进行校对，电流值我们可通过用钳形电流表测量进线电流，然后乘以0.816的办法来校对。

如果不符，则说明电流表指示不准确。

直流电流表的值是取自分流器上产生的75mV电压信号，在使用时间较长、使用环境较恶劣的条件下，分流器上的接线与分流器之间存在污垢或氧化现象，接触电阻增大，使分流器上产生的电压增高，大于75mV，致使直流电流表的指示偏大。

处理方法是：处理分流器与其接线间的污垢和氧化层。

2.10故障现象
设备运行正常，但停机后启动无任何反应，也无任何保护指示。

故障分析及处理：这类故障有两种可能：
2.10.1中频启动开关坏――中频启动开关在中频停止位置时处于接地状态（接在开关的闭点），如果开关坏，则无法打开接地状态，设备处于保护状态，故启动无反应。

处理方法：更换中频启动开关。

2.10.2保护电路故障――如参考“控制电路原理图”中，集成电路IC4在运行过程中发热就会导致这一故障。

处理方法：给IC4集成电路散热或加散热器。

2.10.3给定电路中，给定信号中断――在给定电路中，信号给定过程中某处开路，致使无法对整流脉冲进行移相，也会造成此故障现象。

处理方法：采用倒推法对给定电路进行检查。

2.11故障现象
频繁烧坏可控硅元件，更换新可控硅后，马上烧坏。

故障分析及处理：这是一种让人比较头疼，维修比较困难的故障现象。

可控硅的价格比较昂贵，而烧坏可控硅却让人防不胜防，所以在维修这类故障时要格外小心谨慎。

我们在分析故障“2.5”时，介绍了一种烧坏可控硅的原因。

除此之外，还有以下原因：
2.11.1可控硅在反相关断时，承受反向电压的瞬时毛刺电压过高――在中频电源的主电路中，瞬时反相毛刺电压是靠阻容吸收电路来吸收的。

如果吸收电路中电阻、电容开路均会使瞬时反相毛刺电压过高烧坏可控硅。

在断电的情况下用万用表测量吸收电阻阻值、吸收电容容量，判断是否阻容吸收回路出现故障。

2.11.2负载对地绝缘降低――负载回路的绝缘降低，引起负载对地间打火，干扰了脉冲的触发时间或在可控硅两端形成高压，烧坏可控硅元件。

2.11.3脉冲触发回路故障――在设备运行时如果突然丢失触发脉冲，将造成逆变开路，中频电源输出端产生高压，烧坏可控硅元件。

这种故障一般是逆变脉冲形成、输出电路故障，可用示波器进行检查，也可能是逆变脉冲引线接触不良，可用手摇晃导线接头，找出故障位置。

2.11.4设备在运行时负载开路――当设备正在大功率运行时，如果突然负载处于开路状态，将在输出端形成高压烧坏可控硅元件。

2.11.5设备在运行时负载短路――当设备在大功率运行时，如果负载突然处于短路状态，将对可控硅有一个很大的短路电流冲击，若过电流保护动作来不及保护，将烧坏可控硅元件。

2.11.6保护系统故障（保护失灵）――可控硅能否安全，主要是靠保护系统来保证的，如果保护系统出现故障，设备稍有一点工作不正常，将危机到可控硅安全。

所以，当可控硅烧坏时对保护系统的检查是必不可少的。

2.11.7可控硅冷却系统故障――可控硅在工作时发热量很大，需要对其冷却才能保证正常工作，一般可控硅的冷却有两种方式：一种是水冷，另一种是风冷。

水冷的应用较为广泛，风冷一般只用于100KW以下的电源设备。

通常采用水冷方式的中频设备均设有水压保护电路，单基本上都是总进水的保护，若某一路出现水堵，是无法保护的。

2.11.8电抗器故障――电抗器内部打火会造成逆变侧的电流断续，也会在逆变输入侧产生高压烧坏可控硅。

另外，如果在维修中更换了电抗器，而电抗器的电感量、铁芯面积小于要求值，会使电抗器在大电流工作时，因磁饱和失去限流作用烧坏可控硅。

2.12故障现象
启动设备时，当打开中频启动开关，主电路开关保护跳闸或过电流保护。

故障分析及处理：
2.12.1功率调节旋钮在最高位置――除淬火负载，其它负载要求设备在启动时将功率调节旋钮放在最小位置，如果不再最小位置，就会因电流冲击太大而过电流保护或主电路开关保护跳闸。

2.12.2电流调节器故障――当电流调节器电路故障，尤其是电流互感器损坏或接线开路时，启动无电流反馈抑制，直流电压就会直接冲击到最大（α角＝0度），
直流电流会直接冲击到最大值，造成过电流保护或主电路开关跳闸。

处理方法：检查电流互感器是否损坏；电流互感器至电路板的接线是否有断线情况；电流调节器部分是否有元器件损坏、开路现象。

2.13故障现象
中频变压器烧坏，更换后启动设备依旧烧坏中频变压器。

故障分析及处理：这种故障常见于在采用升压负载的设备上，主要是因为泄放电感开路引起的。

在升压负载中，串连电容器组和并联电容器组两端的电压不可能绝对一致，在两组补偿电容器放电时，由于端电压不一致，其放电时间的长短也不一样，则电压高的放电时间慢，而这组电容器还没有完全放电完成时又开始充电过程，在此电容器组上就会积累直流电荷，这些直流电荷要通过泄放电感进行释放，如果泄放电感开路，电容器上积累的直流电荷就会通过中频变压器释放，由于中频变压器的容量很小，承受不了这么大的电流流过，引起中频变压器烧坏。

2.14故障现象
在升压负载中泄放电感发热甚至烧坏。

故障分析及处理：引起泄放电感发热的原因有以下三点：
2.14.1在上例故障分析中，如果串并联组电容器的容量差别很大，会造成直流电荷释放的电流增大，若泄放电感的容量较小就会引起发热。

2.14.2逆变脉冲不对称――逆变器对逆变脉冲的要求是两组脉冲互差180°，如果逆变脉冲互差不是180°，则逆变输出电压的正负半周的时间也不一致，导致补偿电容器在一个周期两次充电的时间不一致，那么时间长的半周给电容器充的电还未放完时，时间短的半周以开始给电容器充电，在电容器上就积累了一定电荷。

逆变电压正负半周的时间差别越大，直流电荷就越高，流过泄放电感的电流就越大，当电流达到一定程度时，泄放电感就会引起发热现象甚至烧毁。

所以，当泄放电感发热时，一定要仔细检查逆变脉冲的对称度，如果不对称就。