中达VDF-B型22kW变频器晶闸管整流电路及触发电路的检修
    

   在检修晶闸管整流电路之前,先要弄明白晶闸管器件的电路原理和结构性能,掌握必要的检修方法和故障判断技巧,为进入实际检修工作做好准备。

    一、晶闸管器件原理和测试方法

    晶闸管器件,又称为可控硅,意为可以控制的硅整流器,与普通整流二极管相比,其整流输出电压的高低(或者说,在承受正向电压期间其导通时间的长短)是受控制的,常与移相触发电路相配合,构成交、直流调压电路。晶闸管的命名,是说该器件像一个“电闸门”,具有良好的开关特性,往往在电源控制电路中,担当“无触点开关”的角色。在上述中达VDF-B型22kW变频器主电路中,晶闸管在上电的储能电容初始充电期间是截止的,而在初始充电结束以后,是“全导通”的,并不具有移相调压功能,注重的是对其开关功能的应用——无触发信号,截止;有触发信号,导通(同整流二极管)。

    1.晶闸管器件的结构和原理

    晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种集成式半导体器件。单向晶闸管的结构、符号及测量电路如图3-28所示。

    图3-28 晶闸管器件的结构、符号及测量电路

    晶闸管为具有三个PN结的四层结构,由最外层的P层、N层引出两个电极——阳极A和阴极K,是工作电流回路。由中间的P层引出控制极G。电路符号接近晶体二极管,但是多了一个引出电极——一控制极或称栅极(门极)G。K极和G极之间,又称做栅阴结,是触发电流的回路。

    从控制原理上,晶闸管可等效为一只PNP晶体管与一只NPN晶体管的连接电路,两管的基极电流和集电极电流互为通路,具有强烈的正反馈作用。一旦从G、K回路输入NPN管子的基极电流,由于正反馈作用,两管就将迅即进入饱和导通状态。晶闸管导通之后,它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持。当其导通后,即使控制电流(电压)消失,晶闸管仍处于导通状态。控制信号UGK的作用仅仅是触发晶闸管使其导通。一般采用直流或脉冲触发信号,采用脉冲信号主要是为了降低触发功耗。

    单向晶闸管的开通和截止均需要两个条件。

    单向晶闸管的开通条件:①阳极A、阴极K之间加正向电压;②控制极G和阴极K之间输入一个正向触发电流信号,无论是直流或脉冲信号。

    晶闸管的关断条件:①使正向导通电流值小于其工作维持电流值;②使A、K之间电压反向。

    可见,晶闸管器件若用于直流电路,一旦被触发信号开通,并保持一定幅度的流通电流的话,晶闸管会一直保持开通状态。除非将电源开断一次,才能使其关断。若用于交流电路,在其承受正向电压期间,若接受一个触发信号,则一直保持导通,直到电压过零点到来,因无流通电流而自行关断;在承受反向电压期间,即使送入触发信号,晶闸管也因A、K间电压反向,而保持截止状态。

    晶闸管器件因工艺上的离散性,其触发电压、触发电流值与导通压降,很难有统一的标准。晶闸管器件控制本质上如同三极管一样,为电流控制器件。功率越大,所需触发电流也越大。触发电压范围一般为1.5 --3V,触发电流为十~几百毫安左右。峰值触发电压不宜超过10V,峰值触发电流也不宜超过2A。A、K间导通压降为1~2V。主要工作参数有正、反向耐压值、正向平均电流、触发电流(电压)值和维持电流值等。

    2.晶闸管器件的检测

    (1)用万用表粗测晶闸管的好坏。用电阻×1K挡,正、反向测量A、K之间的电阻值,均接近无穷大;用电阻×10Ω挡测量G、K之间的电阻,从十几欧姆至百欧姆,功率越大欧姆值越小。正、反向电阻值相等或差异极小。说明晶闸管的G、K极之间,并不像一般晶体三极管的发射结,有明显的正、反向电阻差异。这种测量方式是有局限性的,当A、K之间已呈故障开路状态时,则无法测出好坏。大功率晶闸管器件的G、K间电阻值极小(为几欧姆),也难以判别G极和K极之间是否已经短路损坏。

    (2)较为准确的测量方法是如图3-28中给晶闸管器件连接上电源和负载进行测试,才能得出好坏的确切结论。方法是:将晶闸管接入电路,晶闸管因无触发信号输入,小灯泡HL1无电流通路不发光;将A、G短接一下再断开,晶闸管受触发而导通,并能维持导通(灯泡的额定电流应大于100mA),灯泡一直发光,直至断开电源后熄灭。说明晶闸管器件基本上是好的。

    这一个由6V直流电池和一只小灯泡构成的“晶闸管检测仪”,确实是检测和确定晶闸管元件好坏的一件利器。

    (3)晶闸管有以下几种损坏情况:①A、K极间短路或断路;②G、A极间短路或断路;③三个电极之间的短路。

    (4)晶闸管器件的在线测量方法如图3-29所示。在晶闸管交、直流调压装置处于关断供电电源的情况下,对晶闸管模块(或单管)进行测量,如对图3-29三相半控桥整流电路中三只晶闸管器件进行的测量。用小型6V电池1块、6V小电珠1只、万用表的表笔(触碰针)一支和鳄鱼夹2只,可以组装于肥皂塑料盒或其他适宜的壳体中,那么一只高效准确和使用方便的“晶闸管检测仪”就制作成功了。

图3-29 晶闸管在线测量方法

    关断交频器的供电电源,不需将模块从电路申拆下,整机正常连接状态下,即可对晶闸管模块进行测试了。测试步骤如下。

    1)用鳄鱼夹连接任一只晶闸管模块的阳极和阴极(注意电池负端的鳄鱼夹连接晶闸管阴极),触碰针不去触碰晶闸管的栅极前,小电珠不亮;鳄鱼夹连接晶闸管的阳极和阴极后,小电珠即发光,说明晶闸管已经短路或漏电坏掉了。

    2)用触碰针触碰一下晶闸管阴极后,小电珠点亮(正常亮度很亮)。拿掉触碰针后,小电珠一直亮。说明所测晶闸管是好的;若触碰针与栅极接触时,小电珠亮,拿掉触碰针,小电珠不亮,说明晶闸管内部阳极、阴极间有开路性损坏;若触碰针接触栅极时,小电珠也不亮,晶闸管的栅极、阴极出现断路性损坏。

    测试过程中,通过小电珠的亮/灭状态,已将晶闸管的正常或损坏状态,正确地检测出来了。

    分别用鳄鱼夹连接另两只晶闸管模块的阳级和阴极,用触碰针触碰晶闸管的栅极对其进行测试,三只晶闸管的好坏情况便一目了然了。

    这种检测方法最为安全可靠,操作简便,测试的准确度也较高。

    3.晶闸管的几个重要工作参数

    (1)断态及反向重复峰值电压UDRM和URRM。控制极G断路,允许重复加在管子上的正向电压,称为断态重复峰值电压,UDRM表示,这个数值为不重复峰值电压UDSM的90%;反向重复峰值电压用URRM表示,是指允许重复加在管子上的反向电压,这个电压为反向不重复峰值电压URSM的90%。UDRM值即我们平常所说的晶闸管耐压值。

    (2)额定通态电流矗。在环境温度40℃和规定的冷却条件下,在单相工频正弦半波电路中,导通角为小于170°,负载为电阻性,当结温稳定且不超过额定结温时,管子所允许的最大通态电流为额定通态电流。这个值用平均值和有效值分别表示。IT值即我们平常所说的晶闸管电流值。

    用于50Hz工频条件下,这是选用晶闸管功率模块首先必须涉及的参数值,如上述中达VDF-B型22kW变频器主电路中,晶闸管半控桥模块的工作参数值为72/16E,意为耐电压值1600V,额定电流为72A的晶闸管器件,在器件外形、安装体积相同的情况下,可选用参数值与之相同或相近的器件进行代换。

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    收录时间:2013年09月19日 11:15:15 来源:未知 作者:匿名
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