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
AnalysisandMaintenanceofChargingFaultofSchneiderTransformer
LuYuan-Hua
(AutomationEngineeringCompany，XilinIron&SteelGroupCo.,Ltd.,
Yichun153025,China)
AbstractAsoneofthemainequipmentstodrivethemotor,thefrequencyconverterplaysanimportantroleintheautomationproductionofthefactoryandisdirectlyrelatedtotheefficiencyoftheautomationproduction.Thespeedoffrequencyconverterfaulteliminationalsodirectlyaffectstheproductionoftheenterprise.Electricalmaintenancepersonnelcaneffectivelyeliminatethefaultalarmthroughin-depthanalysisofthefaultphenomenon,effectivelyeliminatethefault,canreducethehotstoptime,whileimprovingtheefficiencyofrepairandmaintenanceofelectromechanicalequipment,andreducethecostfortheenterprise.Efficiencygains.Thispaperdiscussestheclassificationandprincipleoffrequencyconverterchargingcircuit,andtakesSchneiderinverterchargingfaultforblastfurnaceasanexample,analyzesitscausesoffailure,graduallydetectsthecircuitfailureofvariousparts,andexplainsthemaintenanceprocess.
Keywords：Inverter;thyristors;thyristorchargingloopfailure;Opticalcoupling.
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