西門子 ABB 歐陸 直流調速器電源/驅動板電路原理分析維修

DCS400直流調速器電源/驅動板包括電樞主電路、勵磁輸出電路、開關電源電路、末級觸發電路等組成。

1.1、DCS400直流調速器電樞主電路、勵磁主電路



電樞主電路為三相全控橋的典型結構,由三只雙單向晶閘管模塊組成,在電源輸入側與整流正、負輸出端之間,并聯了R、C串聯尖波電壓吸收網絡,以消除由電網進入的有害電壓毛刺。用TA1、TA2兩只電流互感器采集三相電流信號,送后級CPU主板,以形成電流環閉環控制和取出過流保護信🌞號。在整流輸出電壓正端串接FLT

分流器,供外接電流表,顯示運行工作電流。晶閘管模塊散熱風機的供電由X99端子引入AC220V電源。 DCS400直流調速器的勵磁主電路與其它直流調速器的有൲所不同,采用了斬波電路,將三相整流所得的六脈波電壓,經IGBT斬波,后級L、C電路濾波,形成較為平滑和穩定(質量較高)的直流可調電壓,也因為采用斬波電路,電路的調壓范圍變寬,無須對輸入電源電壓(AC220和AC380V)進行切換輸入,而是直接輸入三相380V電源。IGBT控制信號為調寬脈沖,根據參數設置要求,可設置輸出直流電壓值。勵磁主電路采用模塊式封裝,內含三相橋式整流電路、IBGT開關管等功率器件,M、E引出端子可串接電抗器或予以短接。IGB🦹T所需的脈寬調整信號由勵磁觸發板提供。

IGBT輸出的PWM電壓,經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:



圖中VT1為開關管,L2為勵磁線圈,D2為續流二極管,D、C1、L1為電源的整流濾波電路。DW1、VT2、C2、R1構成過壓保護電路。當整流電壓中的尖峰電壓值到達穩壓管DW1擊穿電壓值時,DW1反向擊穿導通,觸發晶閘管VT2導通,電壓峰值分量為C2充電所吸收。當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,VT🔯2自行關斷,C2上所充電荷經R1泄放掉,為下一次的充電做好準備。實際電路電容充電回路串入了S20k385壓敏電阻,當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,VT2失去導通條件(壓敏電阻的“高阻值常態”下的流通電流小于晶閘管VT2的“擎住電流”)而關斷,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行吸收,由電容C2存儲,進而由電阻R1所消耗。

從電抗(濾波)器L1上并聯的線圈ꦓ的感應電壓(勵磁電流檢測信號1)經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,進入后級控制電路(見下圖5),形成電流環控制信號。從L71🙈電流互感器取得的感應電流信號(勵磁電流檢測信號2)經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(見下圖5)。

1.2、DCS400直流調速器開關電源電路

由X98端子進入的A💜C220V電源♌,經兩只限流電阻引入橋式整流電路,又經CLC電路濾波后,作為開關電源的直流供電電源。開關電源電路一般包括以下幾個回路:

1)振蕩回路。由10只10k串聯電阻、470Ω電阻、穩壓管構成電源起動電路,14腳、7腳內🌳外電路構成振蕩電路,UC3844內部相關電路、開關管V741、開關變壓器的一次繞組、自供電繞組等構成整個振蕩回路,V741受控導通后,自供電繞組產生感應電壓,經整流濾波后作為UC3844的工作供電電源。振蕩回路,是電路上電🙈后形成振蕩、開始工作的主要環節。

2)穩壓回路。電路起振工作后,穩壓電路隨之發生作用,精確控制10腳輸出的PWM脈沖信號ไ的占空比,使脈沖變壓器的儲能發生變化,維持二次繞組輸出的電壓值保持穩定。對輸出電壓自動實施穩壓控制的電路環節稱為穩壓回路,一般由電壓反饋電路、基準電壓與光耦電路形成的外部誤差放大器♓、UC3844內部誤差放大器、PWM控制電路等構成,本電路是由N76及外圍電路將電壓反饋信號進行處理,控制光耦合器D73輸入電流的

大小,使D73輸出側光敏三極管的導通內阻發生變化,進而控🤪制UC3844的反饋信號輸入腳3🍰腳的電壓變化,使內部PWM脈沖處理電路,改變10腳輸出脈沖的占空比,達到穩壓輸出電壓的目的。穩壓回路也是保證電路正常工作的一個重要環節,影響到輸出電壓的高低和穩定。

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電壓經整流取出,送入UC3844的3腳,形ꦆ成電壓負反饋信號。負反饋電壓信號實質上是上述光耦合器返回信號與自供電繞組的感應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)起到穩壓控制的作用。



圖3 DCS400直流調速器開關電源電路

3)保護回路。開關變壓器的一次繞組上所并聯的阻容元件、二極管及穩壓管元件,起到提供開關管反向電流通路、抑制反向電壓峰值的作用,是電壓保護電路;開關管源極串聯的電流采樣電阻,將流經開關管的電流變化轉變為電壓信號,輸入UC3844的電流檢測信號輸入腳5腳,形成電流閉環控制,電路能對電流變化作出快速反應。電流檢測信號同時又加到SAM場效應晶體管的柵極,當開關管中有急劇變化的電流跳變信號產生時,SAM瞬時導通,將開關管V741柵極的電壓快速拉低⭕,起到對瞬變上升電流的快速抑制。當保護回路起控時,電路有可能♒處于停振狀態,從某種意義上講,保護回路,也可形成振蕩條件,構成振蕩回路的一個環節。

4)負載回路。二次繞組整流濾波輸出的48V,供末級觸發電路的供電,24V輸出作為數字控制端子的供電及控制板繼電器線ꩲ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。各路負載電路的狀態與開關電源密切相關,尤其是負載電路的過載和短路狀態,會引發開關電源的間歇振蕩或導致工作停止,控制機理是這樣的:負🍸載電路的過載或短路狀態,引發開關電源的保護電路起控,做出過流保護動作,使開關電路電路呈現出停振或處于間歇振蕩狀態。開關電源的外電路——負載電路異常,會引發開關電源表現異常(容易誤判是開關電源電路本身出現了故障),這是檢修中應該注意的一點。

3、DCS400直流調速器的末級觸發電路

電源/驅動板一般安裝有6路觸發脈沖電路,另外還預留有另6路末級觸發脈沖電路,散熱器上的模塊安裝孔也預留有6塊晶閘管的安裝位置,以實現調速器控制負載電機二象限或四象限運行(從軟件到硬件)的可兼容性。末級觸發電路為兩部分結構相同的電路,每部分電路由六路觸發電路構成,上橋臂與下橋相對應相,如A+Cཧ-的的觸發電路是呈并聯關系的,此種“連接♌法”,使每路輸出接邏輯算法控制輸出,形成本橋臂觸發脈沖與對應橋臂發送來的“補脈沖”的雙觸發脈沖輸出,以形成三相全控橋輸出電流的通路。因線路板采用貼片元件,故脈沖變壓器一次繞組中串聯的限流電阻,由8只電阻相并聯,并在電阻上并聯旁路電容提供交流通路,起到減小直流損耗又能能起到提升交流信號幅度的作用。