KGPS中频电源常见故障及其防治

杨大伟，孙涛，肖宏，周宇航，汤菊霜，富冰伟

(国营第一二三厂，黑龙江 齐齐哈尔 161046)

晶闸管中频电源是一种将50 Hz交流电转变为中频50～10000 Hz交流电的静止式变频装置。适用于金属熔炼、透热、淬火及各种金属钎焊等感应加热场合，尤其适用于频繁启动的设备。

KGPS中频电源采用全集成电路系统控制，取代了原中频电源的插件式控制系统，使中频电源运行更加稳定、可靠，且噪声小。目前国营第一二三厂多应用此系列的中频电源，其中800 kW中频电源与多台中频感应加热装置配合使用，满足各类科研、民品项目的试制和生产任务。

1 电路组成及工作原理

KGPS中频电源基本电路结构如图1所示。此中频由整流电路、逆变电路、触发控制电路及负载电路组成。整流电路为三相全控桥式整流电路，其作用是将50 Hz交流电转换成直流电。逆变电路由4个可控硅组成，由集成电路控制系统中的逆变触发单元电路控制，将直流电转换成交流电，输出到感应加热装置与中频电容器组成的并联谐振负载电路，实现对感应加热装置内的坯料加热。

2 KGPS中频电源常见故障分析及检修

全集成电路控制KGPS中频电源结构形式简单，但其集成度高，控制电路复杂，故障原因多样化，检修故障点难度大。其常见故障表现为逆变失败，过流保护动作，控制回路元件烧损或集成控制块损坏等。

图1 KGPS中频电源基本电路结构Fig.1 Basic circuit diagram of KGPS medium frequency power supply

2.1 直流电压升不到额定值

故障现象:整流电路的工作电压升不到额定值，导致中频电源功率下降，达不到产品加热要求。

从图1整流电路部分可以看出，整流电压不稳定是由以下几个方面造成的:工频电网电压过低;整流侧可控硅失效;整流电路触发信号不稳定。

解决方案为:检测工频电网电压，如过低，可适当调高供电变压;检测整流侧可控硅是否损坏，如损坏，马上调换;用示波器检测整流触发脉冲，如整流脉冲时序图不稳定，说明整流控制电路出现故障，应对产生信号波形的各输出点进行检测，对信号失真电路周围元器件进行检查，脉冲不稳定的原因一般为整流触发单元芯片性能下降或发信号输出端元器件电器性能下降。

2.2 逆变电路输出频率不稳定

故障现象:逆变电路能启动，但输出频率不稳定。

此类故障属于软性故障，维修难度较大。由于中频电源频率是由可控硅触发脉冲频率决定的，故需检查逆变触发电路。首先检查逆变可控硅，如无损坏，再用示波器依次检测可控硅的触发脉冲。如逆变触发单元元器件未发现损坏，但控制板端输出信号异常，可能是单元集成芯片损坏，则对ZPMK芯片2脚输入信号进行检测并调整，待信号正常，再对ZPMK芯片信号输出3脚、4脚信号进行观察。若此时信号仍失真且不稳定，将控制电路板取下，更换ZPMK芯片，重新启动中频电源，使系统工作恢复稳定。

2.3 中频电源工作过程中停机

故障现象:中频电源工作过程中，突然停机;停机片刻，重新启动中频电源，系统恢复工作，再次突然停机。用示波器对图2上A，B两点进行观测，发现工作一段时间，波形异常。

图2 整流脉冲Fig.2 Normal waveform figure

这可能是由于中频电容器使用时间过长，性能下降，发热使电容短路造成的。更换电容组后，中频电源恢复正常工作。

维修时，首先对中频电源的整流电路、逆变电路进行检查，如其没有异常，更换中频电源控制板。如故障仍存在，则就有很大可能是负载电路的感应加热装置或中频电容失效。

2.4 负载与中频电源不匹配

因生产需要，需更换不同型号的感应加热装置对毛坯加热。由于各型号感应加热装置的性能差异，导致中频电源与负载电路不匹配，中频电源无法正常工作。

针对这一现象，首先根据公式(1)计算出各感应加热炉的电感量:

式中:D为感应线圈直径;N为感应线圈匝数;l为感应线圈长度。

计算出各型号感应加热装置的电感量后，通过公式(2)计算出各感应加热炉与中频电容器相配合的谐振频率f。

式中:L为感应加热炉电感量;C为中频电容电容量。

计算完各感应装置与中频电源配合的谐振频率后，通过调节控制板上W6电阻微调器对中频电源的起振频率进行调整，调出能同时满足几种感应加热装置工作的起振频率，使生产中的这一问题得以解决。

3 KGPS系列中频电源的常见故障及维修方法

3.1 过压故障

1)检查进线工频电压是否过高;

2)检查周围用电设备(如大电机、变压器)是否突然关断产生瞬间冲击电压;

3)检查负载线路，检查W1(Vf)反馈是否过于灵敏;

4)检查中频变压器副边绕组输出是否过高;

5)检查晶闸管、快速熔断器是否烧坏;

6)检查主回路、控制回路接线是否正常。

3.2 过流故障

1)检查工频进线电压是否太高;

2)检查负载感应器有无匝间短路现象;

3)检查中频电容器有无击穿短路现象;

4)检查晶闸管、快熔、平波电抗器有无损坏或匝间短路;

5)检查W2(Vf)是否过于灵敏;

6)检查两极电流互感器及负载电阻是否损坏。

3.3 缺相故障

1)检查主供电回路，包括变压器，低压配电柜(盘)，一直到中频电源柜进线 VAB，VBC，VCA，及VAO，VBO，VCO是否缺相;

2)检查中频电源柜闸刀开关、快熔是否完好;

3)检查整流晶闸管是否损坏;

4)检查整流脉冲变压器K4，K6，K2接线是否正确完好;

5)检查中央控制板是否完好。

3.4 中频电源无法启动

1)检查主回路晶闸管、快熔、电抗器等器件是否损坏;

2)检查主回路、控制回路所有接线是否正确完好;

3)脱开逆变桥，检查调节整流桥是否正常工作;

4)倒换CON2-1，CON2-2中频信号输入接头，将中频电压信号输入相位倒接180°;

5)调节W1，W2，使它激扫频最高频率为负载固有振荡频率的1.2～1.3倍;

6)调节W1，W2，使中频电压、工频电流信号反馈为合适的数值;

7)检查、计算负载特性和参数;

8)检查DIP开关的位置是否正确;

9)调节W3，W5，适当提高UH/Ud的比值，改善逆变晶闸管的换流条件;

10)用摇表认真检查负载，感应器是否对地短路、匝间短路，水冷电缆是否对地短路，中频电容器有无击穿等不正常现象。

总之，遇到这个问题时，应该按照图纸、说明书和有关资料一步一步检查，逐一排除故障和不匹配的因素。

4 结语

通过对中频电源的维修实践，总结出以下几点经验和体会。

1)就KGPS系列中频电源来说，其故障设备连续使用过程中，由于机内温度高，散热条件恶化，导致一些元器件的烧坏，如可控硅，发生故障时需要重点检查。

2)维修中不要忽视一些最简单、最基本的环节，包括连接线的通断，接插头是否牢固可靠以及传递信号的基本元器件是否正常工作，通常一些故障是由最简单的问题所引发的。

3)某些元器件冷态下测量是正常的，但其热性能已变坏，加电就不能正常工作。当维修陷入困境时，要分析某些元器件的热性能是否变坏。

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