卢远华
西林钢铁集团有限责任公司自动化工程公司工程师 黑龙江伊春 153025
摘要 变频器作为驱动电机的主要设备之一，在工厂自动化生产中起到重要的作用，直接关系到自动化生产效率。变频器故障排除的速度也直接影响企业生产，电器维护人员通过深入分析故障现象，掌握故障报警来源，有效地排除故障，可减少热停时间，在提升机电设备检修与维护效率的同时，为企业降本增效。本文论述变频器充电电路的分类及原理，并以高炉用施耐德变频器充电故障为例，分析其故障根源，逐步检测各部分电路故障，阐述维修过程。
关键字：变频器;晶闸管;晶闸管充电回路故障;光耦
Analysis and Maintenance of Charging Fault of Schneider Transformer
Lu Yuan-Hua
(Automation Engineering Company， Xilin Iron & Steel Group Co.,Ltd.,
Yichun 153025,China)
Abstract As one of the main equipments to drive the motor, the frequency converter plays an important role in the automation production of the factory and is directly related to the efficiency of the automation production. The speed of frequency converter fault elimination also directly affects the production of the enterprise. Electrical maintenance personnel can effectively eliminate the fault alarm through in-depth analysis of the fault phenomenon, effectively eliminate the fault, can reduce the hot stop time, while improving the efficiency of repair and maintenance of electromechanical equipment, and reduce the cost for the enterprise. Efficiency gains. This paper discusses the classification and principle of frequency converter charging circuit, and takes Schneider inverter charging fault for blast furnace as an example, analyzes its causes of failure, gradually detects the circuit failure of various parts, and explains the maintenance process.
Keywords： Inverter; thyristors; thyristor charging loop failure; Optical coupling.
引言
近些年，变频器在冶金、石油、化工、纺织、电力、建材、煤炭等行业早已得到广泛的应用，冶金行业采用变频器的电机已经超过70%，变频器作为驱动电机的主要设备之一，对自动化生产效率控制影响很大，提升故障维修及故障排除水平能够有效促进提高设备运转率，延长电气设备寿命，为企业降低成本。炼铁高炉生产工艺用大功率电机是由变频器驱动，运转过程中出现报警信息，一般通过查手册跟报警信息采取相应的应对措施。但对于较为深层的技术问题只能找厂家维修，但往往修复时间长费用高、存在威胁高炉停产的风险。随着电气维护人员水平的提高，挖掘维修潜力能够及时修复一些故障，缩短设备维修时间，起到保生产的目的，为企业实现降本增效。
1变频器主回路的分类及预充电原理分析
变频器的主电路结构，是交直交工作方式，由整流、储能、逆变三个环节构成。就大功率变频器而言，预充电的方式常见有充电电阻加充电接触器方式和晶闸管方式。
1.1充电电阻加充电接触器方式
这种预充电方式的主回路整流部分的原理如图1.1所示，小功率变频器一般由三相全桥整流，大功率变频器由六只单管整流模块组成的全桥，作用都是把三相交流电通过整流变成脉动直流电，全桥后有充电电阻和充电接触器再接入大容量的电容作为储能（滤波），将交流电变为直流，就三相380V交流，经整流滤波后变成530V左右的直流电压（母线电压）。主回路中的充电电阻和充电接触器起到了限流的作用，变频器上电瞬间充电电路很大，为了保护整流模块等，充电过程中限制充电电流值，随着充电时间的增长，充电电路逐渐减小，直流母线电压增加，之后充电继电器（充电接触器）触点闭合短接充电电阻，此时相当于充电电阻被切除到主回路之外，变频器上电过程完成，进入待机状态。这种方式预充电电路，多数能够听到继电器或接触器吸合的声音，容易从听觉上判断短接过程是否动作，常见是听不到接触器吸合声音、充电电阻烧毁、充电接触器触点不良等故障现象。
1.2晶闸管方式
这种预充电电路如图1.2所示，三相整流桥的三个上桥臂是由三只单向晶闸管（模块）组成，省掉了限流电阻和充电接触器，增加了晶闸管的控制电路，并从三相输入上取一相，经电阻R1和二极管VD1整流给电容组预充电。这种主回路预充电的控制机理是，变频器上电瞬间，三相整流桥的上三桥臂晶闸管，因无触发电流而关断，当给储能电容充电达到一定电压时，变频器的开关电源电路起振，CPU检测直流母线电压达到一定幅值时，控制晶闸管导通，三只晶闸管全部导通，主回路的整流部分转变为三相全桥整流，预充电过程结束，变频器进入待机状态。这种方式电路的常见故障时晶闸管损坏、晶闸管触发电路故障等。
2施耐德充电故障的检测与排除
2.1晶闸管的检测
因变频器功率较大,全桥上臂由六只独立的大功率单向晶闸管模块组成，晶闸管模块采用的是六只英飞凌TZ600N16KOF功率模块，见图2.1所示，参数为电流600A，耐压1600V。查询晶闸管引脚资料，可得知引脚顺序，见图2.2所示
根据晶闸管的导电特性，搭建一个简单电路用进行测试。如图2.1.3所示联接电路，在晶闸管A、G之间联接一只轻触开关，用万用表的R×1Ω档，黑表笔接A极，红表笔接K，此时给晶闸管加上一正向电压，万用表的指针不动，晶闸管不导通，当按下开关，A、G接通，在G、K之间加上触发电压，晶闸管导通，万用表的指针偏转，指向一个较小的值，因模块电流大，测量阻值不到10欧姆；当G、A断开后，失去了控制电压，万用表的指针位置不变，晶闸管仍处于导通状态，说明该晶闸管的触发特性良好。对六只晶闸管功率模块依次进行测试，测量结果基本一致，可以判断六只晶闸管模块应该没问题。
2.2晶闸管触发电路分析与排查
通过观察施耐德变频器的电源板，上面有两块PN07213902的小电路板上，这两块小的预充电板上都有三组插头连到晶闸管模块触发级，由此可知六只晶闸管的触发是这两块小电路板实现的。对这两块电路板进行分析，初步测量电路板上驱动三极管及光耦，并跟其它变频器好的预充电板进行比较，可以大概判断预充电板部分也没有问题。
变频器在给电状态下，虽然报CRF2故障，但测量直流母线电压有530V，说明晶闸管工作了，直流母线电压正常，但变频器却报充电故障，未能变为ready的待机状态，维修思路陷入了困境。
2.3晶闸管导通检测电路排查
晶闸管及晶闸管触发电路的排查，均未发现故障问题所在，只剩下晶闸管导通检测电路，根据经验，一般大功率变频器都会将充电接触器是否吸合的状态反馈给CPU，进而对预充电电路的状态进行判断，那么此变频器应该也有类似的检测电路，将晶闸管工作状态反馈给CPU ，由此CPU判断后决定变频器的各种保护及锁定状态。
拆下电源板上面的两块小预充电板，仔细观察，发现小预充电板下面有两个光耦，型号为HCNW4506,仔细看光耦引脚覆铜板电路走向，发现信号间接送给CPU板，猜测这两个光耦可能是晶闸管导通检测电路。查询4506光耦的参数如图2.4所示，在板测量光耦的引脚阻值，当测量5脚和6脚时，发现右侧光耦的5,6脚之间电阻过小，将此光耦拆下来，再次测量5,6引脚阻值为0，明显短路了，再测量电源板侧的5,6引脚焊盘之间的电阻，是正常的，得出结论此光耦已经损坏。
2.4故障维修及排除
经过排查检测基本可以判断光耦损坏，购买HCNW4506光耦，对损坏光耦进行了更换，并测量引脚之间的阻值，确认正常后，将变频器组装还原，给变频器上电，变频器液晶面板出现了久违的ready准备好状态，故障消失。利用变频器面板菜单里的晶闸管检测功能，测试晶闸管全部OK ，接上电机试运行输出稳定，经过一周的投运观察均状态正常，至此变频器维修完成。
4 结语
工厂里变频器等大功率设备的维护、维修一直是设备检修维护的重点，当变频器出现故障时，为提高维修速度，减免对生产的影响，组织电气维修人员深入攻关，不断分析故障根源，思考设计原理，逐步排查，最终找到损坏元件成功修复。此举不但将维修深入到芯片级、提升了工厂自行维修能力、加快设备修复速度，而且促进了企业的降本增效。
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作者简介：
1、卢远华、男，黑龙江伊春人，工程师，
主要从事电气设备及自动控制系统的研究、设计、控制和现场维护维修管理工作。
联系人：卢远华
黑龙江省伊春市西林钢铁集团有限责任公司自动化工程公司
论文作者:卢远华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/9
标签：晶闸管论文; 变频器论文; 接触器论文; 电路论文; 故障论文; 电阻论文; 电压论文; 《防护工程》2018年第11期论文;