KGPS中頻電源常見故障及其防治

楊大偉，孫濤，肖宏，周宇航，湯菊霜，富冰偉

(國營第一二三廠，黑龍江 齊齊哈爾 161046)

晶閘管中頻電源是一種將50 Hz交流電轉變為中頻50～10000 Hz交流電的靜止式變頻裝置。適用于金屬熔煉、透熱、淬火及各種金屬釬焊等感應加熱場合，尤其適用于頻繁啟動的設備。

KGPS中頻電源采用全集成電路系統控制，取代了原中頻電源的插件式控制系統，使中頻電源運行更加穩定、可靠，且噪聲小。目前國營第一二三廠多應用此系列的中頻電源，其中800 kW中頻電源與多臺中頻感應加熱裝置配合使用，滿足各類科研、民品項目的試制和生產任務。

1 電路組成及工作原理

KGPS中頻電源基本電路結構如圖1所示。此中頻由整流電路、逆變電路、觸發控制電路及負載電路組成。整流電路為三相全控橋式整流電路，其作用是將50 Hz交流電轉換成直流電。逆變電路由4個可控硅組成，由集成電路控制系統中的逆變觸發單元電路控制，將直流電轉換成交流電，輸出到感應加熱裝置與中頻電容器組成的并聯諧振負載電路，實現對感應加熱裝置內的坯料加熱。

2 KGPS中頻電源常見故障分析及檢修

全集成電路控制KGPS中頻電源結構形式簡單，但其集成度高，控制電路復雜，故障原因多樣化，檢修故障點難度大。其常見故障表現為逆變失敗，過流保護動作，控制回路元件燒損或集成控制塊損壞等。

圖1 KGPS中頻電源基本電路結構Fig.1 Basic circuit diagram of KGPS medium frequency power supply

2.1 直流電壓升不到額定值

故障現象:整流電路的工作電壓升不到額定值，導致中頻電源功率下降，達不到產品加熱要求。

從圖1整流電路部分可以看出，整流電壓不穩定是由以下幾個方面造成的:工頻電網電壓過低;整流側可控硅失效;整流電路觸發信號不穩定。

解決方案為:檢測工頻電網電壓，如過低，可適當調高供電變壓;檢測整流側可控硅是否損壞，如損壞，馬上調換;用示波器檢測整流觸發脈沖，如整流脈沖時序圖不穩定，說明整流控制電路出現故障，應對產生信號波形的各輸出點進行檢測，對信號失真電路周圍元器件進行檢查，脈沖不穩定的原因一般為整流觸發單元芯片性能下降或發信號輸出端元器件電器性能下降。

2.2 逆變電路輸出頻率不穩定

故障現象:逆變電路能啟動，但輸出頻率不穩定。

此類故障屬于軟性故障，維修難度較大。由于中頻電源頻率是由可控硅觸發脈沖頻率決定的，故需檢查逆變觸發電路。首先檢查逆變可控硅，如無損壞，再用示波器依次檢測可控硅的觸發脈沖。如逆變觸發單元元器件未發現損壞，但控制板端輸出信號異常，可能是單元集成芯片損壞，則對ZPMK芯片2腳輸入信號進行檢測并調整，待信號正常，再對ZPMK芯片信號輸出3腳、4腳信號進行觀察。若此時信號仍失真且不穩定，將控制電路板取下，更換ZPMK芯片，重新啟動中頻電源，使系統工作恢復穩定。

2.3 中頻電源工作過程中停機

故障現象:中頻電源工作過程中，突然停機;停機片刻，重新啟動中頻電源，系統恢復工作，再次突然停機。用示波器對圖2上A，B兩點進行觀測，發現工作一段時間，波形異常。

圖2 整流脈沖Fig.2 Normal waveform figure

這可能是由于中頻電容器使用時間過長，性能下降，發熱使電容短路造成的。更換電容組后，中頻電源恢復正常工作。

維修時，首先對中頻電源的整流電路、逆變電路進行檢查，如其沒有異常，更換中頻電源控制板。如故障仍存在，則就有很大可能是負載電路的感應加熱裝置或中頻電容失效。

2.4 負載與中頻電源不匹配

因生產需要，需更換不同型號的感應加熱裝置對毛坯加熱。由于各型號感應加熱裝置的性能差異，導致中頻電源與負載電路不匹配，中頻電源無法正常工作。

針對這一現象，首先根據公式(1)計算出各感應加熱爐的電感量:

式中:D為感應線圈直徑;N為感應線圈匝數;l為感應線圈長度。

計算出各型號感應加熱裝置的電感量后，通過公式(2)計算出各感應加熱爐與中頻電容器相配合的諧振頻率f。

式中:L為感應加熱爐電感量;C為中頻電容電容量。

計算完各感應裝置與中頻電源配合的諧振頻率后，通過調節控制板上W6電阻微調器對中頻電源的起振頻率進行調整，調出能同時滿足幾種感應加熱裝置工作的起振頻率，使生產中的這一問題得以解決。

3 KGPS系列中頻電源的常見故障及維修方法

3.1 過壓故障

1)檢查進線工頻電壓是否過高;

2)檢查周圍用電設備(如大電機、變壓器)是否突然關斷產生瞬間沖擊電壓;

3)檢查負載線路，檢查W1(Vf)反饋是否過于靈敏;

4)檢查中頻變壓器副邊繞組輸出是否過高;

5)檢查晶閘管、快速熔斷器是否燒壞;

6)檢查主回路、控制回路接線是否正常。

3.2 過流故障

1)檢查工頻進線電壓是否太高;

2)檢查負載感應器有無匝間短路現象;

3)檢查中頻電容器有無擊穿短路現象;

4)檢查晶閘管、快熔、平波電抗器有無損壞或匝間短路;

5)檢查W2(Vf)是否過于靈敏;

6)檢查兩極電流互感器及負載電阻是否損壞。

3.3 缺相故障

1)檢查主供電回路，包括變壓器，低壓配電柜(盤)，一直到中頻電源柜進線 VAB，VBC，VCA，及VAO，VBO，VCO是否缺相;

2)檢查中頻電源柜閘刀開關、快熔是否完好;

3)檢查整流晶閘管是否損壞;

4)檢查整流脈沖變壓器K4，K6，K2接線是否正確完好;

5)檢查中央控制板是否完好。

3.4 中頻電源無法啟動

1)檢查主回路晶閘管、快熔、電抗器等器件是否損壞;

2)檢查主回路、控制回路所有接線是否正確完好;

3)脫開逆變橋，檢查調節整流橋是否正常工作;

4)倒換CON2-1，CON2-2中頻信號輸入接頭，將中頻電壓信號輸入相位倒接180°;

5)調節W1，W2，使它激掃頻最高頻率為負載固有振蕩頻率的1.2～1.3倍;

6)調節W1，W2，使中頻電壓、工頻電流信號反饋為合適的數值;

7)檢查、計算負載特性和參數;

8)檢查DIP開關的位置是否正確;

9)調節W3，W5，適當提高UH/Ud的比值，改善逆變晶閘管的換流條件;

10)用搖表認真檢查負載，感應器是否對地短路、匝間短路，水冷電纜是否對地短路，中頻電容器有無擊穿等不正常現象。

總之，遇到這個問題時，應該按照圖紙、說明書和有關資料一步一步檢查，逐一排除故障和不匹配的因素。

4 結語

通過對中頻電源的維修實踐，總結出以下幾點經驗和體會。

1)就KGPS系列中頻電源來說，其故障設備連續使用過程中，由于機內溫度高，散熱條件惡化，導致一些元器件的燒壞，如可控硅，發生故障時需要重點檢查。

2)維修中不要忽視一些最簡單、最基本的環節，包括連接線的通斷，接插頭是否牢固可靠以及傳遞信號的基本元器件是否正常工作，通常一些故障是由最簡單的問題所引發的。

3)某些元器件冷態下測量是正常的，但其熱性能已變壞，加電就不能正常工作。當維修陷入困境時，要分析某些元器件的熱性能是否變壞。

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