浅析晶闸管直流调速装置维修

陈培超

摘 要：广州昊天化学（集团）有限公司机修分厂10吨自调式焊接滚轮架可控硅直流调速装置不能启动工作，经初步检查，可控硅的触发电源变压器已经烧坏，拆下电气控制主板，检查可控硅，可控硅已烧坏，经更换可控硅和对触发电源变压器进行一系列处理，并采取改进运算放大器电源稳压方式的有效方法，反复模拟试验，排除故障，检修成功。

关键词：可控硅；触发；电源

晶闸管（俗称可控硅）是一种大功率的可控整流元件。可控硅整流与普通二极管整流的最大区别是：经可控硅整流后，输出直流电压的平均值的大小是可以控制的，即可控整流。可控硅的应用电路有：桥式半控整流电路、交流调压电路、斩波调速电路、有源逆电电路等等。可控硅的类型有：快速型、单向型、双向型、关断型和逆导型等。各种具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制灵敏等优点。可控硅被广泛应用于可控整流、逆变、斩波、调压及无触点开关等大功率的电能转换和自动控制领域。特别是在直流调速系统中，广州昊天化学（集团）有限公司机修分厂购进的10吨自调查式焊接滚轮架可控硅直流调速装置就是应用了这种技术，采用了可控硅直流调速系统。我在广州昊天化学（集团）有限公司工作期间，维修过这台设备。本文针对这台设备的检修，谈谈检修过程和心得体会。

故障现象：根据设备使用者——焊工反映，在使用过程中，忽然闻到烧焦味，励磁电机停转，遥控、近控均失效，控制柜的控制面板上各个控制按钮都不起作用，只是电源指示灯亮。焊工断开电源刀闸，待修。

检查过程和检查结果：断开控制柜的电源开关，打开控制柜的柜门，在现场用观察法初步检查控制主板，只见供给主板运算放大器的电源变压器TC2已烧焦，为了作进一步的检查和检测，解除控制主板的外连接线，连同控制主板的散热器一齐拆下，带回检测和维修。

回到检修工作室，马上用螺丝刀解开两个晶闸管模块的安装螺栓，卸下控制主板，拆除两个晶闸管模块的共用散热器，拆下运算放大器的电源变压器，委托广州昊天化学（集团）有限公司动力分厂的电机维修组重绕；用万用表×100欧姆档，检查二极管模块，正向电阻为几百欧姆，反向电阻接近∞，正反向电阻值均正常。用电池灯触发法，检查两只可控硅模块，按照下图接线。

连接好后，合上开关SA，小灯珠亮，断开开关SA，小灯珠仍然亮着，说明这只可控硅没问题，是好的；换接另一只，连接好后，合上开关SA，小灯珠不亮，说明此只可控硅已烧坏。再检查触发电路，发现V46（型号是3DG12B钢盔头型晶体管）和R39（色环为：棕、黑、棕、金，电阻值是100Ω）均已烧坏。

故障分析和检修过程：为了先排除控制主板以外的故障，解开连接电机的电缆，电缆两端均无任何连接后，用型号为ZC-500的500伏摇表，测量电缆各根线的绝缘和是否开路，检测结果是各根线芯间的绝缘均为∞，各根线芯均无开路；接着用4只型号为ZP200-16的大功率硅二极管，用铜板连接，组成桥式整流电路检查励磁电机，经通电试验，电机运行正常。

这样，故障的检查和检测就主要集中在控制主板上了。

用万用表再详细检测控制主板上各个元件，已证实无其他元件损坏。更换各个已检测损坏的元件：（1）V46改用塑封型8015管子代替；（2）R39换上一只等功率的100Ω电阻；（3）更换可控硅模块；（4）运算放大器电源变压器已绕制好，安装到主板上，并焊接好。

装好控制主板，按照使用说明书接好各连接线后，合上刀闸QS和负荷开关QF，按下启动按钮SB，控制面板上的电压表无指示，调节控制面板上的电位器W，电机无任何反应；观察控制主板，只见控制主板上发光二极管V28和V29都已发亮，主回路的保险丝已烧断；V28亮则说明保护回路已过流动作，而V29亮则是励磁回路未能起作用，电机不能启动运行。断开电源，又连同散热器拆下控制主板，带回办公室做再次检测。

又用电池灯触发法检测可控硅模块，同样的结果：烧坏了一只，再检测其他元件，全部完好无损。是什么原因造成主回路的可控硅又烧坏一只呢？

作进一步的分析：由于无法购买到新的可控硅模块，只好购买回二手的可控硅模块。为了先排除可控硅模块本身是否存在问题，自行设计了一个试验可控硅模块的耐压电路，对可控硅模块进行工频耐压试验，用升压变压器慢慢将电压升高，升高到800V时，电路中无任何不良反应——击穿或闪烁。说明可控硅模块耐压正常，无质量问题。

试验可控硅模块耐压电路如下图所示。

可控硅模块耐压试验电路

排除了可控硅模块不存在缺陷后，查看电气原理图。根据该设备电气原理图可知，该项装置的主回路采用了两个模块：模块一，是两只二极管VD1和VD2组成的模块；模块二，是两只可控硅VK1和VK2组成的模块。此两个模块构成单相桥式半控整流电路，采用了压敏电阻RV1和阻容电路（R26和C28組成）作为保护电路，由C29和R27构成滤波电路，由V1和V2两点采样形成电压负反馈，外连接就是直流电机了。

在主电路中已经没有任何元件可能会造成可控硅模块损坏，那么只有可能是可控硅模块触发电源的电路造成。将重点放在触发电源电路展开各个元器件进行详细检测，用万用表在触发电源电路板上逐个元器件地毯式检测，结果表明没有其他元器件存在隐患。但确定故障就在触发电源电路中，也许是某个元器件存在着隐性故障。首先是从大元器件开始排查，触发电源变压器TC1，为了断开与电路中其他元器件的连接，将触发电源变压器TC1从触发电源电路板中拆下，用指针式万用表电阻测量各绕组，均有一定的阻值，不存在短路，但不能稳定在一定的数值上，说明触发电源变压器TC1的本身内部存在隐性缺陷。也许是初次级绕组间的绝缘不足，也许是绕组的匝间绝缘不好。改用摇表检测绝缘，用ZC-500型500V摇表检测绕组间的绝缘电阻，一组的绝缘电阻值是∞，另一组的绝缘电阻值几乎是0。从这一检测结果表明，可以断定隐性故障就是触发电源变压器TC1所致。再根据广州昊天化学（集团）有限公司机修分厂使用环境的情况分析，可能是由于使用场所的环境潮湿，保养不善，使触发电源变压器受潮造成。

故障点已找到，如何去解决故障？解决方法提出了三个方案：（1）修复原来的触发电源变压器TC1；（2）重新制作一只与原来一样的触发电源变压器；（3）购买一只与原来一样的触发电源变压器。

方案分析：由于触发电源变压器购买非常困难，因为要找到电压值相同、功率相同以及阻抗也相同的触发电源变压器是不可能的，要么订制，但时间跨度比较长，因此排除方案（3）；自己制作触发电源变压器，由于公司的制作条件的制约，制作触发电源变压器的工艺难度较大，无法自己制作，故也排除方案（2）；决定尝试修复原来的触发电源变压器，若无法修复的话，再采用方案（3），订制触发电源变压器。

修复过程：将触发电源变压器TC1置于广州昊天化学（集团）有限公司动力分厂电机维修组的蒸汽烘房内，过了24小时左右，取出，立即又将触发电源变压器TC1浸没于绝缘油漆中4～5小时，取出又置回蒸汽烘房内，直至烘干绝缘油漆。烘干后，取回再用相同的摇表测量各组间的绝缘电阻，检测结果是：各绕组间的绝缘电阻均为∞，用万用表电阻档测量各绕组的电阻，电阻值也稳定在一定的数值上。修复的效果显著，达到预期的目的。

装上触发电源变压器TC1，换上好的可控硅模块，用灯泡代替电机，接在AM、BM接线柱上，在4、5、6接线孔按上100 kΩ电位器W，模拟试验。接通电源，调节电位器W，灯泡毫无反应，说明电路还未能正常工作；用示波器检测g1T和g2触发脉冲输出点，都没有脉冲输出；再检测前一级，测量R36左端，没有轮子波形；再检测前一级，测量R24左端，也没有输出波形，说明运算放大器未正常工作，运算放大器全部是换了新的，确认没有损坏，那么影响运算放大器不能工作的只有可能是电源问题了。

运算放大器的型号是LM348N，塑封型双列共十六脚，正、负12V双电源供电。用数字万用表测量P12的电压，电压值是+16.8V；用数字万用表测量N12的电压，电压值是-13.7V，两端的电压值的绝对值相差竟高达3.1V。用数字万用表测量交流侧m对中性点的电压，电压值是13.6V；用数字万用表测量交流侧n对中性点的电压，电压值是11.7V。经比较，原来在交流侧已不平衡，并造成直流侧的电压相差较大。此变压器是委托电机维修绕制，由于疏忽，未做次级电压检测就安装到主板上，从而发现了新问题。

既然又检测出运算放大器工作双电源不平衡，那么有什么方法改进呢？改进方案：采用稳压电源。

根据电气原理电路图可知，P12输出端是由C30与R68组成滤波电路，由V41稳压输出。同样，N12输出端是由C22与R69组成滤波电路，由V42稳压输出。电容C22、C30均采用了25V-220μF的电解电容，电阻R68、R69均为100Ω。为改善输出电源的平衡，进行稳压电源改进。拆除电阻R68、R69和V41、V42改用三端集成稳压电路带散热片的集成块LM7812、LM7912，V41、V42改为25V-1000μF的电解电容。

改装完毕后，通电测试，P12输出的电压值是+12V，N12输出的电压值是-11.9V，基本上趋于平衡，并得到可靠的稳压电源输出。改装后电路如下图所示。

未改装前的电路图如下。

改装检测完毕，又用灯泡模拟通电试验，慢慢调节电位器W，模拟负载——灯泡由暗变亮，反调时，又由亮变暗，说明控制主板已经能正常工作，故障排除，大功告成。

模拟试验结束后，将控制主板带到现场，接好外部连接线和励磁电机，通电试验，慢慢调节控制面板上的电位器W，电机启动，并随电位器的调节控制了转速，滚轮架开始工作，试通电结束，检修成功。交付机修分厂的使用者。

检修体会：通过这次对可控硅控制系统的全面维修，充分认识和熟悉可控硅控制系统的电路组成，掌握了在可控硅控制区系统中可能引起故障的多种原因，特别是各种软性故障，深深体会到软性故障的隐蔽性。为以后的检修工作积累和总结了宝贵的检修经验：当有关可控硅控制的控制系统发生故障时，应当重点检测和检查触发电路部分。另外，检测和检查运算放大器的信号和电源部分，特别是要注意有可能存在软性故障的元器件。当我讲授到维修电工的可控硅知识点时，作为案例讲解给学生，收到较好的教学效果。

但是，如今的电气控制技术发展神速，同时又不断从国外引进新技术和新设备以及电子技术的不断创新立異，新产品层出不穷、日新月异。在新世纪、新知识爆炸时期，从事电气教育工作的教师，应牢固掌握本专业的科技知识以外，还应拓宽知识面，不断地学习和掌握各个相关专业的有关知识，譬如，从前年开始，我就深入对数控知识和数控设备的检修进行学习。这样，才能适应新时期的发展，才能适应新技术、新设备、新知识的教学工作，在电气教学工作中发挥更大的作用。

在撰写本论文的过程中，受到论文指导教师的悉心指导，查阅检修过程的相关数据和资料，得到广州昊天化学（集团）有限公司老同事的热心帮助及支持。对帮助和指导我的同事和朋友，谨此表示衷心的感谢。

参考文献：

[1]董传岳.电工与电子基础.机械工业出版社，2005-07.

[2]劳动部培训司.工厂电气控制技术.中央广播电视大学出版社，2005-01.

[3]张家港市工业自动化设备厂.可控硅直流调速装置使用说明书.1992-08.

[4]机械工业技师考评培训教材编审委员会.维修电工技师培训教材.机械工业出版社，2007-09.