SWY系列可控硅智能補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器原理及維修實(shí)例

（廣西廣播電視技術(shù)中心桂林分中心）

引言

桂林分中心永福微波臺(tái)位于距離永福縣城13公里，海拔650米的白馬山頂，輸送到這里的外電本身為郊區(qū)的工業(yè)用電，穩(wěn)定性不高，再加上輸送環(huán)境的影響，尤其是雷雨天氣，導(dǎo)致外電經(jīng)常不穩(wěn)定甚至閃斷，因此，電力穩(wěn)壓器的配置就顯得尤為重要。目前市場(chǎng)上知名度較高的穩(wěn)壓器品牌有德力西電氣、正泰CHNT、鴻寶HOSSONI等，永福微波臺(tái)選取的是專門(mén)生產(chǎn)交流穩(wěn)壓器廠家——珠海科達(dá)信電子科技有限公司SWY系列可控硅智能補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器。該公司1997年自主成功研制開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)“可控硅步進(jìn)調(diào)壓式無(wú)觸點(diǎn)電力穩(wěn)壓器”，并于2005年通過(guò)了國(guó)家廣播電影電視總局組織的設(shè)備入網(wǎng)認(rèn)證。

1 SWY系列可控硅只能補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器工作原理簡(jiǎn)介

該控制核心為16位單片機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)輸入電壓Ui輸出電壓Uo及負(fù)載電流If等信號(hào)的精確采樣，A/D轉(zhuǎn)換，由單片機(jī)做出智能判斷發(fā)出控制指令，再通過(guò)雙向可控硅的導(dǎo)通組合來(lái)改變△U的極性及大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓Ui補(bǔ)償，保持輸出電壓Uo穩(wěn)定。

1.正補(bǔ)償；當(dāng)輸入電壓＜額定值，Uo=Ui+△U；

2.負(fù)補(bǔ)償；當(dāng)輸入電壓＞額定值，Uo=Ui-△U；

3.零補(bǔ)償；當(dāng)輸入電壓＝額定值，Ui＝Uo，即△U＝0，此時(shí)TC初級(jí)短接。

以上△U的大小通過(guò)改變自耦變壓器TA的抽頭來(lái)獲得，額定值一般指220V。

圖1 單補(bǔ)償加自耦抽頭式無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓器系統(tǒng)原理圖（單相）

自耦變壓器為多個(gè)固定抽頭單線圈變壓器，5組電壓，相鄰兩個(gè)抽頭之間的電壓為44V（44V×5＝220V）,由單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)觸發(fā)板智能控制雙向可控硅通斷狀態(tài)來(lái)改變抽頭位置，實(shí)現(xiàn)多種輸出電壓的組合，為補(bǔ)償變壓器初級(jí)繞組提供多種輸入電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)改變Tc次級(jí)補(bǔ)償電壓△U。

B相（圖2中），雙向可控硅從上往下依次為SCRB0、SCRBZ1、SCRBZ2、SCRBF1、SCRBF2 ；

圖2 穩(wěn)壓器背面（箱門(mén)開(kāi)）

C相（圖2左），雙向可控硅從上往下依次為SCRC0、SCRCZ1、SCRCZ2、SCRCF1、SCRCF2。

圖3 穩(wěn)壓器正面（箱門(mén)開(kāi)）

A相（圖3左），雙向可控硅從上往下依次為SCRA1、SCRA2、SCRA3、SCRA4、SCRA5 ；

B相（圖3中），雙向可控硅從上往下依次為SCRB1、SCRB2、SCRB3、SCRB4、SCRB5。

由于穩(wěn)壓器三相獨(dú)立工作，以單相為例，分析穩(wěn)壓器范圍為±20%Ue（176V—264V），穩(wěn)壓精度為±2%Ue時(shí)可控硅的導(dǎo)通狀態(tài)及補(bǔ)償電壓的變化情況（Ue為額定值200V）：

當(dāng)輸入電壓為264V，可控硅SCRF1 F2、SCR5依次導(dǎo)通，補(bǔ)償電壓為－20%Ue；

當(dāng)輸入電壓為253V，可控硅SCRF1 F2、SCR4依次導(dǎo)通，補(bǔ)償電壓為－16%Ue；

當(dāng)輸入電壓為246V，可控硅SCRF1 F2、SCR4依次導(dǎo)通，補(bǔ)償電壓為－12%Ue；

當(dāng)輸入電壓為238V，可控硅SCRF1 F2、SCR3依次導(dǎo)通，補(bǔ)償電壓為－8%Ue；

當(dāng)輸入電壓為229V，可控硅SCRF1 F2、SCR2依次導(dǎo)通，補(bǔ)償電壓為－4%Ue；

當(dāng)輸入電壓為220V，可控硅SCR0導(dǎo)通，補(bǔ)償電壓為0；

當(dāng)輸入電壓為211V，可控硅SCRZ1 Z2、SCR1依次導(dǎo)通，補(bǔ)償電壓為＋4%Ue；

當(dāng)輸入電壓為202V，可控硅SCRZ1 Z2、SCR2依次導(dǎo)通，補(bǔ)償電壓為＋8%Ue；

當(dāng)輸入電壓為194V，可控硅SCRZ1 Z2、SCR3依次導(dǎo)通，補(bǔ)償電壓為＋12%Ue；

當(dāng)輸入電壓為185V，可控硅SCRZ1 Z2、SCR3依次導(dǎo)通，補(bǔ)償電壓為＋16%Ue；

當(dāng)輸入電壓為176V，可控硅SCRZ1 Z2、SCR5依次導(dǎo)通，補(bǔ)償電壓為＋20%Ue；

圖4 可控硅單相分布圖

如圖4中，補(bǔ)償變壓器上端為初級(jí)線圈，下端為次級(jí)線圈，輸入電壓接近額定值220V時(shí)，電壓無(wú)需補(bǔ)償，補(bǔ)償變壓器次級(jí)線圈短接（SRAO導(dǎo)通，若為B、C相，則是SRBO、SRCO導(dǎo)通）。通俗地說(shuō)，補(bǔ)償變壓器初級(jí)線圈感抗很大，在次級(jí)線圈兩端開(kāi)路時(shí)，通直流、阻交流（外電為50Hz交流），而次級(jí)線圈兩端短接時(shí)，初級(jí)線圈相當(dāng)于一根導(dǎo)線，無(wú)壓降，自耦變壓器兩端電壓等于輸入電壓，此時(shí)自耦變壓器初、次級(jí)線圈1:1接入即可。

2 電力穩(wěn)壓器故障

2.1 故障現(xiàn)象

穩(wěn)壓器房散發(fā)出塑料燒焦的氣味，經(jīng)查實(shí)，變壓器B相的自耦變壓器線圈發(fā)熱，用測(cè)溫槍測(cè)得溫度高達(dá)212℃，A相及C相的自耦變壓器線圈為60℃。以前正常情況下，測(cè)得自耦變壓器線圈的溫度為45-50℃。再觀察參數(shù)得知B相及C相不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，B相輸入210V,輸出206V,C相輸入230V，輸出230V。

2.2 處理過(guò)程

首先將電力穩(wěn)壓器打到外電直通檔，避免穩(wěn)壓器故障擴(kuò)大，也便于檢修。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在電路能通、控制面板也能顯示，而不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的情況下，可能是穩(wěn)壓器的可控硅電子開(kāi)關(guān)SCR及與其相連的觸發(fā)板出了問(wèn)題。因?yàn)橐獧z查觸發(fā)板，既要測(cè)試其與SCR斷離時(shí)的電學(xué)參數(shù)，也要測(cè)試其與SCR連接時(shí)的電學(xué)參數(shù)，考慮到設(shè)備元件組裝的順序，先從觸發(fā)板著手。

2.2.1 檢查觸發(fā)板

該觸發(fā)板為5WD918RJ，每個(gè)SCR開(kāi)關(guān)需要一塊觸發(fā)板來(lái)提供控制電子開(kāi)關(guān)通斷的信號(hào)電壓，穩(wěn)壓器每相10個(gè)SCR電子開(kāi)關(guān)，三相共計(jì)30個(gè)（實(shí)際安裝中，穩(wěn)壓器每相正背面各5個(gè)），30個(gè)SCR電子開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)有30塊觸發(fā)板。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，觸發(fā)板上的二極管4007最易出現(xiàn)問(wèn)題。正常情況下，觸發(fā)板與可控硅連接時(shí)，觸發(fā)板上的4007二極管兩端電阻為18歐姆左右；與可控硅斷離時(shí)，則為1K歐姆左右。

直接用萬(wàn)用表測(cè)試各觸發(fā)板與可控硅未斷離時(shí)4007二極管兩端阻值，測(cè)得與SCRB0相連接的二極管4007兩端阻值接近為0，正常應(yīng)為18歐左右，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題！

測(cè)得其他各觸發(fā)板4007二極管兩端阻值為16.5—19.5歐，視為正常；

接下來(lái)，先拍照（便于拆后重裝），拔掉觸發(fā)板與可控硅相連接的線頭，再次測(cè)試觸發(fā)板各電學(xué)參數(shù)（觸發(fā)板與可控硅斷離狀態(tài)）：

測(cè)得上述存在問(wèn)題的那塊觸發(fā)板的4007二極管兩端阻值也近似為0，正常值應(yīng)為1K左右，問(wèn)題再次被證實(shí)。

測(cè)得其他觸發(fā)板4007二極管兩端阻值為960—1100歐，視為正常。

2.2.2 檢查雙向可控硅電子開(kāi)關(guān)SCR

拔掉所有可控硅電子開(kāi)關(guān)（SCR）之1、2、3、4、5、6、7觸點(diǎn)上的線頭（包括連接鐵片），用萬(wàn)用表測(cè)了每一個(gè)可控硅電子開(kāi)關(guān)自身各觸點(diǎn)之間的電阻情況：

測(cè)量發(fā)現(xiàn)各SCR開(kāi)關(guān)1、2、3觸點(diǎn)之間阻值為10—20兆歐，正常值為大于10兆歐，無(wú)問(wèn)題；但SCRB1、3和SCRC3、5開(kāi)關(guān)的1與2、1與3之間的阻值都為0，有問(wèn)題！

測(cè)量發(fā)現(xiàn)各SCR開(kāi)關(guān)5和2、7和1觸點(diǎn)之間阻值約為0，正常阻值也皆為0，無(wú)問(wèn)題；

測(cè)量發(fā)現(xiàn)SCRBZ1開(kāi)關(guān)的4和5觸點(diǎn)之間阻值為202歐，6和7觸點(diǎn)之間的阻值為為10兆歐級(jí)別以上；正常情況，4和5、6和7觸點(diǎn)之間阻值應(yīng)皆為17歐姆左右，由此判斷有問(wèn)題；

測(cè)量SCRCF2開(kāi)關(guān)4和5觸點(diǎn)之間阻值為5歐，6和7觸點(diǎn)之間阻值為10兆歐級(jí)別；正常情況，4和5、6和7觸點(diǎn)之間阻值應(yīng)皆為17歐姆左右，由此判斷有問(wèn)題；

圖5 觸發(fā)板和可控硅實(shí)物圖

圖6 SCR電子開(kāi)關(guān)電路圖

測(cè)量其他各SCR開(kāi)關(guān)4和5、6和7之間阻值為16—19歐姆，正常情況，其值應(yīng)皆為17歐姆左右。無(wú)問(wèn)題。

綜上可知，B相的可控硅電子開(kāi)關(guān)SCRZ1（即SCRBZ1）、SCRB1、3和C相的可控硅電子開(kāi)關(guān)SCRF2（即SCRCF2）、SCRC3、5存在問(wèn)題！

該完好的電子開(kāi)關(guān)（SCR）型號(hào)為SKKT 106/16E，正常情況自身各檢測(cè)點(diǎn)之間阻值復(fù)述如下：

1)4與5觸點(diǎn)之間、6和7觸電之間阻值約為17歐姆

2)1、2、3觸點(diǎn)之間阻值應(yīng)大于10兆歐

3)5和2觸點(diǎn)、7和1觸點(diǎn)之間阻值為0

2.2.3 更換存在問(wèn)題的觸發(fā)板和可控硅電子開(kāi)關(guān)

拆解下存在問(wèn)題的觸發(fā)板和可控硅電子開(kāi)關(guān)，將該觸發(fā)板上的4007二極管用電烙鐵取下，用萬(wàn)用表測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其正如料想的一樣雙向?qū)恕Ｕ业絺溆枚O管，測(cè)得正向?qū)ǎ聪蚪刂梗暈槎O管是好的，焊接到觸發(fā)板上，測(cè)試其兩端阻值為991歐，和正常值1K已非常接近。

找來(lái)備用可控硅，通過(guò)測(cè)試找到參數(shù)最佳的（4和5、6和7觸點(diǎn)之間阻值沒(méi)法達(dá)到理論最好的17歐，而是19歐）。將觸發(fā)板和可控硅都安裝到穩(wěn)壓器上，并接好所有連線。測(cè)得各觸發(fā)板與相應(yīng)可控硅連接時(shí)，4007二極管兩端阻值在17.1—19.5歐的范圍，與理論18歐一致。

檢查確認(rèn)無(wú)誤之后，再量自耦變壓器線圈的阻值也正常，為及時(shí)恢復(fù)工作，試機(jī)先將穩(wěn)壓器由外電直通檔撥至工作檔，但是自耦變壓器線圈瞬間先發(fā)出爆裂聲，接著冒出可怕的電火花，自耦變壓器線圈被擊穿起火，關(guān)斷穩(wěn)壓器再檢查，自耦變壓器燒廢。

分析原因：從圖四可知，自耦變壓器線圈電流的大小取決于負(fù)載的大小，負(fù)載為零其電流亦幾乎為零。檢修之前SCRB1、3和SCRC3、5開(kāi)關(guān)的1與2、1與3之間的阻值都為0，也就是說(shuō)，這四個(gè)開(kāi)關(guān)任何時(shí)候都是導(dǎo)通的，不受觸發(fā)板的電平控制。自耦變壓器的線圈各級(jí)之間形成了短路，等于線圈變短了，阻抗大大的降低，此時(shí)負(fù)載為零，線圈仍能一定程度導(dǎo)通，負(fù)載變大，電流變得更大大，產(chǎn)生高溫，在長(zhǎng)時(shí)間高溫工作下，線圈被燒壞了。第一次打?yàn)橥怆娭蓖ㄖ埃€圈雖然高溫發(fā)熱，但絕緣層還起作用并未完全短路。當(dāng)斷電后，在冷卻過(guò)程，銅線和絕緣層之間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，現(xiàn)在不僅僅是線圈變短了，線圈變成了一堆銅絲無(wú)絕緣的絞在一起，相當(dāng)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，“線圈”兩端直接無(wú)感抗導(dǎo)通，一通電就短路燒毀了。再次檢查除自耦線圈已經(jīng)燒毀之外，B相一個(gè)RO14 10Aφ8.5×31.5mm熔斷體（保險(xiǎn)）不能導(dǎo)通，已燒壞，其它元器件一切正常。

最后，更換已燒毀自耦變壓器線圈和保險(xiǎn)管，可控硅智能補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器完全修復(fù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上故障維修得出經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)設(shè)備不能正常工作時(shí)，可能不止一個(gè)地方有問(wèn)題，需要我們膽大、心細(xì)的解決它。設(shè)備在工作狀態(tài)下，出現(xiàn)問(wèn)題的幾率其實(shí)并不是最大的，最容易出現(xiàn)問(wèn)題的往往是設(shè)備電流沖擊最大的關(guān)開(kāi)機(jī)之時(shí)。發(fā)射機(jī)也一樣，相比穩(wěn)壓器而言，它們開(kāi)關(guān)機(jī)的頻率高多了，我們更加要引起重視。另外，單補(bǔ)償加自耦抽頭式無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓器，雖然穩(wěn)定性高，但其零部件也是容易損壞的。在日常的工作中要確保其設(shè)備工作穩(wěn)定得在各方面做好防護(hù)工作，比如通風(fēng)散熱，除塵和防雷等等方面。

[1]上海市冶金工業(yè)局. 雙向可控硅及其應(yīng)用[M]. 冶金工業(yè)出版社, 1985.

[2]山東建筑材料工業(yè)學(xué)院. 可控硅技術(shù)[M]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1982.