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ABB直流調(diào)速器DCS系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)及分析維修

時間:2017/11/2閱讀:4727
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   ABB直流調(diào)速器DCS系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)及分析維修

 ABB DCS400、500、800系列直流調(diào)速器,系A(chǔ)BB集團公司產(chǎn)品,廠商給出的產(chǎn)品名稱為晶閘管變流器直流傳動系統(tǒng),是一款采用全數(shù)字式微控制器控制的高度智能化的直流調(diào)速裝置。DCS調(diào)速器在我國的直流調(diào)速器領(lǐng)域應(yīng)用也比較廣泛,幾乎與歐陸派克590直流調(diào)速器平分秋色,加上SIEMENS西門子6RA系列直流調(diào)速器,這三*的產(chǎn)品形成三足鼎立之勢,占據(jù)了整個直流傳動市場的大部分份額。
      DCS直流調(diào)速器整機電路(三相全控橋、勵磁輸出電路)由三塊線路板構(gòu)成,分別為CPU主板,電源+驅(qū)動板、勵磁觸發(fā)板。在常見的直流調(diào)速器故障維修中,電源/驅(qū)動板與勵磁觸發(fā)板的故障率zui高,其電路原理和維修技巧是我們重點研究的部分。

 

1、DCS400直流調(diào)速器電源/驅(qū)動板電路原理分析
   DCS400直流調(diào)速器電源/驅(qū)動板包括電樞主電路、勵磁輸出電路、開關(guān)電源電路、末級觸發(fā)電路、相關(guān)電流電壓檢測電路等組成。
1.1、DCS400直流調(diào)速器電樞主電路、勵磁主電路
      電樞主電路為三相全控橋的典型結(jié)構(gòu),由三只雙單向晶閘管模塊組成,在電源輸入側(cè)與整流正、負(fù)輸出端之間,并聯(lián)了R、C串聯(lián)尖波電壓吸收網(wǎng)絡(luò),以消除由電網(wǎng)進(jìn)入的有害毛刺。電流檢測電路使用TA1、TA2兩只電流互感器采集三相電流信號,送后級CPU主板進(jìn)行電壓比較,以形成電流環(huán)閉環(huán)控制和輸出過流保護信號。在整流器輸出電壓的正端串接FLT分流器,供外接電流表,顯示運行工作電流。晶閘管模塊散熱風(fēng)機的供電由X99端子引入AC 220V電源。
      DCS400直流調(diào)速器的勵磁主電路與其它直流調(diào)速器有所不同,西門子6RA和歐陸派克590都采用的是單相橋式可控硅整流。DCS400直流調(diào)速器采用了斬波電路,將三相整流所得的六脈波電壓,經(jīng)IGBT斬波,后級L、C電路濾波,形成較為平滑和穩(wěn)定(質(zhì)量較高)的直流可調(diào)電壓,也因為采用斬波電路,電路的調(diào)壓范圍變寬,無須對輸入電源電壓(AC220和AC380V)進(jìn)行切換輸入,而是直接輸入三相380V電源。IGBT控制信號為調(diào)寬脈沖,根據(jù)參數(shù)設(shè)置要求,可設(shè)置zui大輸出直流電壓值。勵磁主電路采用模塊式封裝,內(nèi)含三相橋式整流電路、IBGT開關(guān)管等功率器件,M、E引出端子可串接電抗器或予以短接。勵磁板上的IGBT所需的脈寬調(diào)整信號由勵磁觸發(fā)板提供,觸發(fā)電路使用了由UC3844組成的開關(guān)電源隔離供電和隔離放大觸發(fā)電路。
      IGBT輸出的PWM電壓,經(jīng)1800uF電容和L1濾波,供直流電機的勵磁繞組,在勵磁電源上還并接了一個模塊式勵磁過壓保護組件,將勵磁電路化簡如下,看一下過壓保護組
件的動作過程:

 

圖DCS400直流調(diào)速器勵磁電路的化簡電路
      圖中VT1為開關(guān)管,L2為勵磁線圈,D2為續(xù)流二極管,D、C1、L1為電源的整流濾波電路。DW1、VT2、C2、R1構(gòu)成過壓保護電路。當(dāng)整流電壓中的尖峰電壓值到達(dá)穩(wěn)壓管DW1擊穿電壓值時,DW1反向擊穿導(dǎo)通,觸發(fā)晶閘管VT2導(dǎo)通,電壓峰值分量為C2充電所吸收。當(dāng)C2上電壓建立,其充電電流逐漸減小,至小于晶閘管的擎住電流值以后,VT2自行關(guān)斷,C2上所充電荷經(jīng)R1泄放掉,為下一次的充電做好準(zhǔn)備。實際電路電容充電回路串入了S20k385壓敏電阻,當(dāng)VT2陽極、陰極間的電壓差小于390V左右時,壓敏電阻出離擊穿區(qū),VT2失去導(dǎo)通條件(壓敏電阻的“高阻值常態(tài)”下的流通電流小于晶閘管VT2的“擎住電流”)而關(guān)斷,C2的充電被提前中止,使過壓保護電路有選擇性地只對超過390V以上的電壓尖刺部分進(jìn)行吸收,由電容C2存儲,進(jìn)而由電阻R1所消耗。
      從電抗(濾波)器L1上并聯(lián)的線圈的感應(yīng)電壓(勵磁電流檢測信號1)經(jīng)X11端子的1、3腳引入前級勵磁電流控制信號,X11端子的2腳(從CPU主板來)輸入的勵磁電流給定信號,合成為“新的”勵磁電流控制信號,進(jìn)入后級控制電路,形成電流環(huán)控制信號。從L71電流互感器取得的感應(yīng)電流信號(勵磁電流檢測信號2)經(jīng)L71端子也引入到前級勵磁電流控制電路,形成過勵磁的欠電流或過電流故障保護信號。
1.2、DCS400直流調(diào)速器開關(guān)電源電路
      由X98端子進(jìn)入的AC220V電源,經(jīng)兩只限流電阻引入橋式整流電路,又經(jīng)CLC電路濾波后,作為開關(guān)電源的直流300V供電電源。開關(guān)電源電路一般包括以下幾個回路:
      1)振蕩回路。由10只10k串聯(lián)電阻、470Ω電阻、穩(wěn)壓管構(gòu)成電源起動電路,14腳、7腳內(nèi)外電路構(gòu)成振蕩電路,UC3844內(nèi)部相關(guān)電路、開關(guān)管V741、開關(guān)變壓器的一次繞組、自供電繞組等構(gòu)成整個振蕩回路,V741受控導(dǎo)通后,自供電繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓,經(jīng)整流濾波后作為UC3844的工作供電電源。振蕩回路,是電路上電后形成振蕩、開始工作的主要環(huán)節(jié)。
      2)穩(wěn)壓回路。電路起振工作后,穩(wěn)壓電路隨之發(fā)生作用,控制10腳輸出的PWM脈沖信號的占空比,使脈沖變壓器的儲能發(fā)生變化,維持二次繞組輸出的電壓值保持穩(wěn)定。對輸出電壓自動實施穩(wěn)壓控制的電路環(huán)節(jié)稱為穩(wěn)壓回路,一般由電壓反饋電路、基準(zhǔn)電壓與光耦電路形成的外部誤差放大器、UC3844內(nèi)部誤差放大器、PWM控制電路等構(gòu)成,本電路是由N76及外圍電路將電壓反饋信號進(jìn)行處理,控制光耦合器D73輸入電流的大小,使D73輸出側(cè)光敏三極管的導(dǎo)通內(nèi)阻發(fā)生變化,進(jìn)而控制UC3844的反饋信號輸入腳3腳的電壓變化,使內(nèi)部PWM脈沖處理電路,改變10腳輸出脈沖的占空比,達(dá)到穩(wěn)壓輸出電壓的目的。穩(wěn)壓回路也是保證電路正常工作的一個重要環(huán)節(jié),影響到輸出電壓的高低和穩(wěn)定。
      自供電繞組,除提供振蕩芯片的工作電源外,也將自供電繞組的感應(yīng)電壓經(jīng)整流取出,送入UC3844的3腳,形成電壓負(fù)反饋信號。負(fù)反饋電壓信號實質(zhì)上是上述光耦合器返回信號與自供電繞組的感應(yīng)電壓信號兩者的合成,共同對二次繞組的輸出電壓(包括振蕩芯片供電電源)起到穩(wěn)壓控制的作用。
     3)保護回路。開關(guān)變壓器的一次繞組上所并聯(lián)的阻容元件、二極管及穩(wěn)壓管元件,起到提供開關(guān)管反向電流通路、抑制反向電壓峰值的作用,是電壓保護電路;開關(guān)管源極串聯(lián)的電流采樣電阻,將流經(jīng)開關(guān)管的電流變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?,輸入UC3844的電流檢測信號輸入腳5腳,形成電流閉環(huán)控制,電路能對電流變化作出快速反應(yīng)。電流檢測信號同時又加到SAM場效應(yīng)晶體管的柵極,當(dāng)開關(guān)管中有急劇變化的電流跳變信號產(chǎn)生時,SAM瞬時導(dǎo)通,將開關(guān)管V741柵極的電壓快速拉低,起到對瞬變上升電流的快速抑制。當(dāng)保護回路起控時,電路有可能處于停振狀態(tài),從某種意義上講,保護回路,也可形成振蕩條件,構(gòu)成振蕩回路的一個環(huán)節(jié)。
      4)負(fù)載回路。二次繞組整流濾波輸出的48V,供末級觸發(fā)電路的供電,24V輸出作為數(shù)字控制端子的供電及控制板繼電器線圈的供電,+5V作為CPU主板CPU單元的電源。+15V、-15V兩路供電,提供CPU主板控制電路的供電。各路負(fù)載電路的狀態(tài)與開關(guān)電源密切相關(guān),尤其是負(fù)載電路的過載和短路狀態(tài),會引發(fā)開關(guān)電源的間歇振蕩或?qū)е鹿ぷ魍V梗刂茩C理是這樣的:負(fù)載電路的過載或短路狀態(tài),引發(fā)開關(guān)電源的保護電路起控,做出過流保護動作,使開關(guān)電路電路呈現(xiàn)出停振或處于間歇振蕩狀態(tài)。開關(guān)電源的外電路——負(fù)載電路異常,會引發(fā)開關(guān)電源表現(xiàn)異常(容易誤判是開關(guān)電源電路本身出現(xiàn)了故障),這是檢修中應(yīng)該注意的一點。在實際直流調(diào)速器維修案例中,ABB DCS調(diào)速器的開關(guān)電源維修率非常低,而歐陸派克590直流調(diào)速器的開關(guān)電源更容易壞一些??偟膩碇v,直流調(diào)速器的開關(guān)電源都比較好修,因為這些品牌電路設(shè)計成熟,沒有什么疑難故障。

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