ABB直流调速器DCS系列内部结构及分析维修

ABB直流调速器DCS系列内部结构及分析维修

 ABB DCS400、500、800系列直流调速器，系ABB集团公司产品，厂商给出的产品名称为晶闸管变流器直流传动系统，是一款采用全数字式微控制器控制的高度智能化的直流调速装置。DCS调速器在我国的直流调速器领域应用也比较广泛，几乎与欧陆派克590直流调速器平分秋色，加上SIEMENS西门子6RA系列直流调速器，这三大品牌的产品形成三足鼎立之势，占据了整个直流传动市场的大部分份额。
      DCS直流调速器整机电路（三相全控桥、励磁输出电路）由三块线路板构成，分别为CPU主板，电源+驱动板、励磁触发板。在常见的直流调速器故障维修中，电源/驱动板与励磁触发板的故障率zui高，其电路原理和维修技巧是我们重点研究的部分。

1、DCS400直流调速器电源/驱动板电路原理分析
   DCS400直流调速器电源/驱动板包括电枢主电路、励磁输出电路、开关电源电路、末级触发电路、相关电流电压检测电路等组成。
1.1、DCS400直流调速器电枢主电路、励磁主电路
      电枢主电路为三相全控桥的典型结构，由三只双单向晶闸管模块组成，在电源输入侧与整流正、负输出端之间，并联了R、C串联尖波电压吸收网络，以消除由电网进入的有害毛刺。电流检测电路使用TA1、TA2两只电流互感器采集三相电流信号，送后级CPU主板进行电压比较，以形成电流环闭环控制和输出过流保护信号。在整流器输出电压的正端串接FLT分流器，供外接电流表，显示运行工作电流。晶闸管模块散热风机的供电由X99端子引入AC 220V电源。
      DCS400直流调速器的励磁主电路与其它直流调速器有所不同，西门子6RA和欧陆派克590都采用的是单相桥式可控硅整流。DCS400直流调速器采用了斩波电路，将三相整流所得的六脉波电压，经IGBT斩波，后级L、C电路滤波，形成较为平滑和稳定（质量较高）的直流可调电压，也因为采用斩波电路，电路的调压范围变宽，无须对输入电源电压（AC220和AC380V）进行切换输入，而是直接输入三相380V电源。IGBT控制信号为调宽脉冲，根据参数设置要求，可设置zui大输出直流电压值。励磁主电路采用模块式封装，内含三相桥式整流电路、IBGT开关管等功率器件，M、E引出端子可串接电抗器或予以短接。励磁板上的IGBT所需的脉宽调整信号由励磁触发板提供，触发电路使用了由UC3844组成的开关电源隔离供电和隔离放大触发电路。
      IGBT输出的PWM电压，经1800uF电容和L1滤波，供直流电机的励磁绕组，在励磁电源上还并接了一个模块式励磁过压保护组件，将励磁电路化简如下，看一下过压保护组
件的动作过程：

图DCS400直流调速器励磁电路的化简电路
      图中VT1为开关管，L2为励磁线圈，D2为续流二极管，D、C1、L1为电源的整流滤波电路。DW1、VT2、C2、R1构成过压保护电路。当整流电压中的尖峰电压值到达稳压管DW1击穿电压值时，DW1反向击穿导通，触发晶闸管VT2导通，电压峰值分量为C2充电所吸收。当C2上电压建立，其充电电流逐渐减小，至小于晶闸管的擎住电流值以后，VT2自行关断，C2上所充电荷经R1泄放掉，为下一次的充电做好准备。实际电路电容充电回路串入了S20k385压敏电阻，当VT2阳极、阴极间的电压差小于390V左右时，压敏电阻出离击穿区，VT2失去导通条件（压敏电阻的“高阻值常态”下的流通电流小于晶闸管VT2的“擎住电流”）而关断，C2的充电被提前中止，使过压保护电路有选择性地只对超过390V以上的电压尖刺部分进行吸收，由电容C2存储，进而由电阻R1所消耗。
      从电抗（滤波）器L1上并联的线圈的感应电压（励磁电流检测信号1）经X11端子的1、3脚引入前级励磁电流控制信号，X11端子的2脚（从CPU主板来）输入的励磁电流给定信号，合成为“新的”励磁电流控制信号，进入后级控制电路，形成电流环控制信号。从L71电流互感器取得的感应电流信号（励磁电流检测信号2）经L71端子也引入到前级励磁电流控制电路，形成过励磁的欠电流或过电流故障保护信号。
1.2、DCS400直流调速器开关电源电路
      由X98端子进入的AC220V电源，经两只限流电阻引入桥式整流电路，又经CLC电路滤波后，作为开关电源的直流300V供电电源。开关电源电路一般包括以下几个回路：
      1）振荡回路。由10只10k串联电阻、470Ω电阻、稳压管构成电源起动电路，14脚、7脚内外电路构成振荡电路，UC3844内部相关电路、开关管V741、开关变压器的一次绕组、自供电绕组等构成整个振荡回路，V741受控导通后，自供电绕组产生感应电压，经整流滤波后作为UC3844的工作供电电源。振荡回路，是电路上电后形成振荡、开始工作的主要环节。
      2）稳压回路。电路起振工作后，稳压电路随之发生作用，控制10脚输出的PWM脉冲信号的占空比，使脉冲变压器的储能发生变化，维持二次绕组输出的电压值保持稳定。对输出电压自动实施稳压控制的电路环节称为稳压回路，一般由电压反馈电路、基准电压与光耦电路形成的外部误差放大器、UC3844内部误差放大器、PWM控制电路等构成，本电路是由N76及外围电路将电压反馈信号进行处理，控制光耦合器D73输入电流的大小，使D73输出侧光敏三极管的导通内阻发生变化，进而控制UC3844的反馈信号输入脚3脚的电压变化，使内部PWM脉冲处理电路，改变10脚输出脉冲的占空比，达到稳压输出电压的目的。稳压回路也是保证电路正常工作的一个重要环节，影响到输出电压的高低和稳定。
      自供电绕组，除提供振荡芯片的工作电源外，也将自供电绕组的感应电压经整流取出，送入UC3844的3脚，形成电压负反馈信号。负反馈电压信号实质上是上述光耦合器返回信号与自供电绕组的感应电压信号两者的合成，共同对二次绕组的输出电压（包括振荡芯片供电电源）起到稳压控制的作用。
     3）保护回路。开关变压器的一次绕组上所并联的阻容元件、二极管及稳压管元件，起到提供开关管反向电流通路、抑制反向电压峰值的作用，是电压保护电路；开关管源极串联的电流采样电阻，将流经开关管的电流变化转变为电压信号，输入UC3844的电流检测信号输入脚5脚，形成电流闭环控制，电路能对电流变化作出快速反应。电流检测信号同时又加到SAM场效应晶体管的栅极，当开关管中有急剧变化的电流跳变信号产生时，SAM瞬时导通，将开关管V741栅极的电压快速拉低，起到对瞬变上升电流的快速抑制。当保护回路起控时，电路有可能处于停振状态，从某种意义上讲，保护回路，也可形成振荡条件，构成振荡回路的一个环节。
      4）负载回路。二次绕组整流滤波输出的48V，供末级触发电路的供电，24V输出作为数字控制端子的供电及控制板继电器线圈的供电，+5V作为CPU主板CPU单元的电源。+15V、-15V两路供电，提供CPU主板控制电路的供电。各路负载电路的状态与开关电源密切相关，尤其是负载电路的过载和短路状态，会引发开关电源的间歇振荡或导致工作停止，控制机理是这样的：负载电路的过载或短路状态，引发开关电源的保护电路起控，做出过流保护动作，使开关电路电路呈现出停振或处于间歇振荡状态。开关电源的外电路——负载电路异常，会引发开关电源表现异常（容易误判是开关电源电路本身出现了故障），这是检修中应该注意的一点。在实际直流调速器维修案例中，ABB DCS调速器的开关电源维修率非常低，而欧陆派克590直流调速器的开关电源更容易坏一些。总的来讲，直流调速器的开关电源都比较好修，因为这些品牌电路设计成熟，没有什么疑难故障。