中频电源故障分析及维修

２０１　１年第５期　总第１１７期　中国砚戒孝　装备　ＳＳＮ１ＣＮ１１６４９７２－９１４４，＿３ｒ８　　中频电源故障分析及维修　褚晓虹　南京电子技术研究所江苏南京２１００３９　摘　要：介绍了中频电源的工作原理，分析了几种中频电源中常见的故障，并以实例阐述了电源故障的处理方法和维修经　验。　关键词：中频电源；故障；维修　４００Ｈｚ中频电源，是将５０Ｈｚ转换成４００Ｈｚ中频，额　定输出相电压１１５Ｖ线电压２００Ｖ的一种交流电源设备。　在电力电子高速发展的今天，这种逆变电源被广泛应　用于通讯、探测、航空航天等领域，其质量的好坏直　控制电路　接影响着整个系统的工作。而电源在长时间使用中，　—————．—．．固固．．．．．．．———．—．—．—．—．．．．．．．—．—．—．—．—．—　鐾　．．．．．．．—．—．—．—．———．．．．————————．—．—．　．．　—．—．—．—．　受外界和内部种种因素的影响，使得电源设备常成为　故障率较高的电器设备。　目前，科研生产单位使用较多的西安爱科公司的　ＡＣ￥４００系列和艾普斯公司的ＡＭＦ系列中频逆变电源。　这两种系列电源操作简单、性能可靠、对负载的适应　图１中频逆变电源的基本组成框图　１．１整流逆变主电路　输入整流电路通常有二极管不控整流、晶闸管　半控整流和晶闸管全控整流等不同的方式。ＡＣ￥４００系　列中频电源采用晶闸管半控整流电路：电源开机时通　过调节导通角使整流电压逐渐上升到最大值，限制冲　击电流不超过电源满载时的额定电流，实现软启动；　ＡＭＦ系列中频电源采用二极管构成的全桥电路进行整　性高、可维护性好，在军用和民用领域均有良好的运　用。　１　电路组成及工作原理　中频逆变电源的基本组成框图如图１所示。主电　路采用交一直一交结构，用ＩＧＢＴ作为开关元件，ＰＷＭ方　式对逆变器进行控制；控制电路包括驱动保护和主控　两大部分，辅以检测电路，共同完成输出电压、频率　流：开机时先启动限流电阻，将冲击电流限定在一定　的范围内，实现输入限流缓启动，此时逆变器的驱动　信号是关闭的，然后通过操作者手动按下复位按钮，　短路启动电阻，逆变器驱动信号同时送出，电源正常　工作。　为提高不平衡负载的适应能力，两种三相电源主　电路按照三套独立的单相电源设计：三套完全相同的　及波形的控制，ＩＧＢＴ驱动，故障检测及保护，状态显　示等功能。　逆变器、变压器、Ｌｃ滤波器，共用一条直流母线，输　出互差１２０。，在变压器副边接成星型，输出所需三　相交流电。　收稿日期：２０１０—０９－１４　作者简介：褚晓虹，硕士，工程师。　１．２控制电路　中频电源的控制电路，主要包括ＰＷＭ波形成、　２３　２０１１年３月　ＳＳＮ１６７２—１４３８　ＣＮ１１－４９９４／－Ｉ＂　中国地代旁　装备　２０总第１１１年第５１　７期　期　ＩＧＢＴ驱动及各类保护电路，并辅以检测或集中控制电　路。由于采用不同的控制策略，这部分电路，不同厂　家采用不同的设计方法。　１．２．１　ＰＷＭ波产生电路　ＰＷＭ波的产生，是利用基准正弦波和高频三角波　的叠加而形成具有高频特性的含基波频率周期的波　形。两家公司的中频电源均是采用晶振产生高频信　号，经分频器分别送至三角波和正弦波发生器，产　生１ＯＫＨ　ｚＺ角波￣［１４００Ｈ　Ｚ正弦波。标准正弦数据存于　ＥＰＲＯＭ中，按输出频率选通ＥＰＲＯＭ，经ｔ）／Ａ转换输出标　准正弦信号。由于三相ＥＰＲＯＭ地址选通为同一信号，　所存数据互差１２０。，因而产生的三路标准正弦波互　差１２０。，从而实现输出电压的相位控制。　艾普斯公司的ＡＭＦ系列电源内部三相用一块Ｓ　Ｉ　Ｎ０　和两块ｓ　ＩＮ３电路板来实现波形的生成：频率控制由　ｓ　ＩＮＯ板实现，ｓ　ＩＮ３板可实现相位控制，再送至Ｏ５板产　生ＰＷＭ信号；而爱科公司的ＡＣ￥４００系列电源是通过三　相数据集成在一起的一块波形发生板完成此功能。　１．２．２驱动电路及保护电路　驱动电路是强电和弱电问的结合部分，关系到　器件及整个电源系统的工作性能和可靠性，生产厂　家一般直接选用专业公司生产的大功率专用模块。　ＡＣ￥４００系列中频电源选用日本三菱公司采用双电源驱　动技术的Ｍ系列驱动模块，由外部提供＋１５Ｖ／ＩＯＶ的双　电源，输出反偏压可达９Ｖ，比较高，适合于在高压、　大电流的场合应用；ＡＭＦＯ频电源选用日本富士公司　的ＥＸＢ８４１驱动电路，它被设计放在驱动板上，由外部　提供＋２０Ｖ的单电源，负栅压只有５ｖ，比较低，在高电　压或大电流的电路应用中可能会降低ＩＧＢＴ工作的可靠　性。这两种驱动模块均具有短路保护及软关断的功　能。　针对Ｉ　ＧＢＴ在逆变器中的核心地位，完善可靠的保　护至关重要。两家公司的电源设计均有相应的Ｉ　ＧＢＴ过　流，直流母线欠压，散热器过热等保护电路。ＡＣ￥４００　系列电源将这３种保护统一做在每相对应的驱动板　上。而ＡＭＦ系列中频电源则是通过专门的ＡＭＦ０５板实现　保护功能。　１．２．３其他电路　除了检测采样电路外，两家公司的电源还包含了　输出联动保护、输出过载延时、显示操作、调频等其　他功能的很多电路。它们被分别设计在一块或多块印　２４　制板上，共同实现着对电源设备的控制保护功能。　２　电源常见故障分析及维修实例　前面我们对西安爱科ＡＣ￥４００系列和艾普斯ＡＭＦ系　列中频电源内部各电路的基本原理做了简单介绍。下　面，我们通过具体实例，阐述这两种电源易发生的故　障现象以及相应的维修方法。　２．１爱科公司ＡＣＳ４００系列中频电源故障维修　ＡＣ￥４００系列中频电源，开机后，首先风机运转，　电源进入待机状态。再按下“运行”键，电源即开始　工作，输出电压经软起动后到达设定值。起动后，电　源对关键电路和电气参数先进行白检，如果控制系统　检测到某个电路有故障或电气参数值超过了安全工作　极限，控制系统将自动关闭输出，并显示故障代码。　（１）故障现象：输入错、缺相、过欠压。　故障原因：此类故障报警通常出现在电源开机　后，“运行”按键尚未按下的情况下。此时，仅风机　运转，电源尚未正常工作。市电输入通过同步变压器　变压采样，送至输入保护板，板上的相序检测电路　（ＰＨ２００１）做出相应的相序检测和缺相判断，欠压检测　电路做出过欠压判断。此类故障来自于电源输入部　分，与其后的功率变换和控制保护电路无关。　处理方法：维修时，应首先考虑是否三相电源的　输入相序错误或是某一相掉电？再检查输入同步变压　器、输入保护板是否有故障？　例如，某次设备开机报警，故障代码显示输入　错、缺相。排除相序错误后，打开机箱，发现输入　保护板上发光管一个都不亮（正常状态下，开机后板　上红色发光管先亮后灭，然后板上２个绿色发光管常　亮）。分析，可能保护板未上电。经查，输入保护板　上保险丝断，更换保险丝后，设备正常工作。同样情　况，出现过输入同步变压器损坏、输入保护板上继电　器损坏、输入保护板上接插件管脚氧化接触不良等各　种故障。　（２）故障现象：输出Ａ／ｆＨ、Ｂ，Ｈ或ｃ相过流。　故障原因：引起ＩＧＢＴ过电流的主要原因有：输出　短路；负载电路接地短路；逆变器或驱动单元出现故　障。　处理方法：首先检测负载回路是否短路？无短路　状态下，试将负载分批带载，减小启动冲击电流；检　２０１１年３月　２０１　１年第５期　总第１１　７期　中国观代孝　袭各　ＳＳＮ１ＣＮ１１６７２．１４３８　４９９４ｆｒ　查Ｉ　ＧＢ　Ｔ是否已坏？驱动板上是否有器件损坏？更换相　应逆变单元或驱动板。　例如，某次设备故障总是Ａ相过流，反复检查　一切正常。分析后疑点落Ａ相逆变单元上。更换ＩＧＢＴ　后，电源正常工作。原来这组Ｉ６ＢＴ动态性能已变坏，　加电工作一段时间后其工作状态不稳定，但在断电情　况下用万用表测量是根本无法判断的。　（３）故障现象：故障代码显示输出Ａ相、Ｂ相或ｃ相　过热。　故障原因：Ｉ　ＧＢＴ驱动电路设计得不好；电流过　大；开关频率太高；散热状况不良。可以利用温度传　感器检测ＩＧＢＴ的外壳温度，当超过允许温度时，使主　电路停止工作，实现过热保护。此类现象通常对应电　源风机不转或环境温度过高。　２．２艾普斯公司ＡＭＦ系列中频电源故障维修　开机后，ＡＭＦ中频电源首先通过内部限流电阻将　冲击电流限定在一定的范围内，同时启动报警系统蜂　呜器呜叫，此时逆变器尚未工作。然后再通过操作者　手动按下复位按钮，短路启动电阻使输入电流不再受　限，蜂鸣器停止呜叫，同时送出逆变器驱动信号，电　源开始正常工作。　（１）故障现象：开机不报警，按复位按钮无用，　接触器不吸合。　故障原因：开机后，蜂呜器未响，复位按钮未　用，电源工作状态就不正常，说明故障发生在接触器　吸合前，此时整流逆变相关电路并未工作，引起故障　的原因发生在整个系统的前级。从图２Ｎ知，接触器　的线圈是通过ＡＦＣ－０５板延时接通上电的，Ｏ５板本身故　障会带来此类现象；另外接触器损坏也会引起该类问　题。　图２　ＡＭＦ系列中频电源内部结构图　处理方法：检查０５板上是否有器件烧坏？０５板　ＣＮ１ｌ线插是否接好？检查接触器线圈是否已烧坏或线　２０１１年３月　—圈的接线是否松动？　（２）故障现象：开机报警，按下复位按钮后，接　触器跳脱，报警声响起。　故障原因：按下复位按钮后，交流接触器吸合，　电源设备的逆变部分即开始工作。随后接触器跳起，　说明故障出现在逆变器工作部分。逆变单元的所有器　件、驱动电路的问题都会引起这类故障。　处理方法：检查ＩＧＢＴ是否烧毁，ＦＵＳＥ是否熔断。　更换ＤＣ　ＦＵＳＥ￣ＤＩＧＢＴ之后，必须测试其对应相序的一　组驱动板上的驱动信号是否正常。若信号异常则更换　驱动板。实际维修中，故障大多为驱动板不良造成；　有时也会是Ｉ　ＢＧＴ的Ｇ卜Ｅ１，Ｅ２－Ｇ２开路造成的信号封锁　引起的故障；甚至有时故障的原因仅是驱动板上接插　线接触不良带来的。　（３）故障现象：带轻微负载即报警，按复位按钮　无用。　故障原因：当驱动板触发信号异常时，空载状态　下其输出波形已出现畸变，带上轻微负载就可引起报　警；另外，ＩＧＢＴ性能不良，其内置二极管开路，也会　引起此现象。　处理方法：先检查驱动板触发信号是否正常？检　查ＩＧＢ内置二极管是否已开路？用示波器观察Ｇ卜Ｅ１，　Ｅ２－Ｇ２波形是否对称，有无畸变？检查Ｏ５板是否存在　问题？实际维修中，大部分为驱动板触发信号异常造　成的。而０５板本身异常引起的此类故障，实际维修中　并不多见。　例如，一次设备出现上述故障，经用示波器检　查，驱动板有一路无驱动信号，在空载情况下，输出　波形已出现畸变，带上轻微负载即报警；又如，同样　上述故障，经查是由ＩＧＢＴ内部的一内置二极管开路，　引起ＩＧＢＴ性能不良而造成的。　（４）故障现象：设备在正常运行过程中，出现接　触器跳脱，报警声响起。　故障原因：由图２可知，电源设计有相应的ＩＧＢＴ　过流，散热器过热、保险丝断电等保护电路。接触器　的跳脱控制，是接收到过载、过热及保险丝断电等检　测信号后，通过０５板上的自动跳脱保护电路对Ｉ　ＧＢＴ做　出的保护。所以应依次检查相应的保护原因。　处理方法：首先检查是否电源风机不转或环境温　度过高？检查ＦＵｓＥ是否熔断？示波器测量ＡＦＣ—Ｓ　ＩＮ板　２５　ＳＳＮ１６７２—１４３８　ＣＮ１１－４９９４／Ｔ　中国现代孝　装备　２０总第１１　１年第５１７期　期　上正弦波形是否畸变？驱动板信号波形是否正常？负　载是否瞬时电流过大？电源在封闭环境中连续长时间　使用，个别风扇不转，机内工作温度过高，散热条件　在电源设备经过移动或受到机械振动和冲击后尤其需　要注意。通常很多故障是由最简单的问题所引发的。　（４）某些元器件常温下测量是正常的，但其热性　能已变坏，加电就不能正常工作，这一点需引起注　意。当维修陷入困境时，必须借助示波器等测量手段　恶化，导致器件烧坏报警。　以上几例仅是很典型的故障现象，在实际工作　中，故障情况干变万化，很难用简单的例子来包括。　对于我们维修人员来说，首先必须了解设备的电路结　构和工作原理，分析故障时不能只看表面现象，而是　要找到内在的原因，从根本上予以解决。维修中，根　据故障情况，分块进行检查，比较容易判断出故障发　生的部位。　捕捉分析是否是某些元器件的热性能已经变坏。　（５）电源设备接地的正确与否，也会直接影响其　输出的波形品质。接地正确是抑制噪声能力的重要手　段。其接线端子的接地电阻应越小越好；接地线长度　要尽量短、截面积尽量大；接地必须与动力设备接地　点分开，不能共地。　中频电源在电能变换领域中应用广泛，性能优　３结束语　通过多年对中频逆变电源的维修实践，笔者有以　下几点经验和体会。　越。我们只要掌握了它们的工作原理和性能，避免故　障的发生，并及时维修，就可以发挥它们更大的作　用，提供安全稳定的动力保障。　（１）工作温度：就中频逆变电源来说，其故障多　发生在连续长时间使用时。由于其内部是大功率电子　器件，机内工作温度过高，散热条件恶化，会导致器　件烧坏，如启动电阻、可控硅、二极管、ＩＧＢＴ等，发　生故障时需要重点检查。　（２）环境温度：尽管电源机箱内部风扇仍在正常　工作，但温度太高且温度变化较大时，封闭的机器内　部可能会出现结露现象。其绝缘性能会大大降低，甚　至可能会引发短路事故。必要时需在箱中增加加热器　或打开机箱进行工作。　参考文献　［１］李爱文，张承慧．现代逆变技术　其应用［Ｍ］．北京；科学　出版社，２０００　：．　［２］叶斌．电力电子应用技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，　２００６　（３）维修中不要忽视一些最简单、最基本的问　题，包括连接线的通断、接插头的牢固等，这些问题　［３］谭汉兴，李孝全，白小青．大功率中频静变电源在制导雷　达中的应用［Ｊ］．现代雷达，２００２，５：８２￣８５　Ｆａｕｌｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｍｅｄｉｕｍ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　Ｃｈｕ　Ｘｉａｏｈｏｎｇ　Ｎａｎｊｉｎｇ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００３９，Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉＳ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｍｅｄｉｕｍ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ，ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ｆａｕｌｔｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂｙ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｒｅａｌ　ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｉｔ　ａｌＳＯ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｆａｕ１　ｔＳ．　２６　２０１１年３月