变频器主电路中的可控整流电路
变频器主电路中的可控整流电路
可控硅，又称为晶闸管。可控硅的意思：可控的硅整流器，与常规整流二极管相比，其整流输出电压是受控的，常与移相或过零触发电路配合，应用于交、直流调压电路。可控硅是在晶体管基础上发展起来的一种集成式半导体器件。单向可控硅的等效原理及测量电路见下图2-13：
A
G
A
G
G
P N P N
K
G
e K
K
可控硅器件等效及测量电路
可控硅为具有三个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 ，由中间的P 层引出控制极G 。电路符号好像为一只二极管，但好多一个引出电极——控制极或触发极G 。SCR 或MCR 为英文缩写名称。
从控制原理上可等效为一只PNP 三极管与一只NPN 三极管的连接电路，两管的基极电流和集电极电流互为通路，VT2的Ic 恰为VT1的Ib ，反之，VT1的Ic 也恰为VT2的Ib ，两管的Ic 、Ib 互为作用，具有强烈的正反反馈作用。一旦从G 、K 回路输入NPN 管子的基
完全依靠管子本身的正反馈作用来维持，即使控制电流（电压）消失，可控硅仍处于导通状态。控制信号U GK 的作用仅仅是触发可控硅使其导通，导通之后，控制信号便失去控制作
持导通条件。
单向可控硅的导通需要两个条件：1、A 、K 之间加正向电压；2、G 、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。若欲使可控硅关断，也有两个关断条件：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，可控硅器件若用于直流电路，一旦为触发信号开通，并保持一定幅度的流通电流的话，则可控硅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，则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，可控硅也因A 、K 间电压反向，而处于截止状态。
可控硅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
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用了。控制信号在这里只起到一个“触发”作用，一旦可控硅的导通电流形成，则形成自维
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极电流，由于正反馈作用，两管将迅即进入饱合导通状态。可控硅导通之后，它的导通状态
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明日工作室
ｈｔｔｐ：／／ｌｉｈｅｍｉｎｇ．ｊｉｍｄｏ．ｃｏｍ
准。可控硅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1.5V—3V左右，触发电流为10mA—几百mA 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、反向耐压值和正向平均电流、触发电流（电压）值、维持电流值等。 可控硅器件的检测：
1、用万用表粗测可控硅的好坏。用电阻x1k 档，正、反向测量A 、K 之间的电阻值，均接近无穷大；用电阻x10Ω档测量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，说明可控硅的G、K并不像一般三极管的发射结，有明显的正、反向电阻的差异。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。有的G 、K 间电阻值极小，也难以判别两控制极是否已经短路。 2、较为准确的测量方法，是如图2-13中给可控硅连接上电源和负载，才能得出好坏的
大于100mA ），灯泡一直发光，直到断开电源。再接通电源时，灯泡不亮。可控硅器件基本
3、可控硅有以下几种损坏情况：
还有一种损坏情况很让人迷惑，用上述1、2种检测方法检测，可控硅是好的，但接到
触发电流输入后，可控硅开通了，交流输入的正、负半波都一齐过去了，单向可控硅成了一只“交流开关”！变频器整流电流中，若有这种情况发生，储能电容非喷液了不可。可控硅的这种损坏情况，不能用短路或击穿来说明了，只能说这只可控硅已经失效——失去整流作用了！
极短接一下，即将可控硅触发。为限制触发电流/电压值，可将A 、G 极间串接电阻，再连接之；如系交流电压输入，简单的强制开通方式，则由下图电路来实现之：
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如在电路连接和供电接通状态下，欲将可控硅强制开通，纯直流电路中，只需将A 、G
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交流电路中，便失去可控整流作用。故障可控硅在未接受触发信号前，呈开路状态，是对的。
可控硅器强制开通的简单触发电路
电路中串入二极管D 的作用，是避免可控硅的控制极承受反向电压的冲击，D 的反向耐压值应大于1000V ，R 起到限制最大触发电流的作用，可以选用500欧5W 电阻。应该说，R 、D 元件提供或承受触发电流（功率）的时间极短，仅一瞬间，因而R 的功率值再稍小一
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a 、A 、K 极间短路或断路；b 、G 、A 极间短路或断路；c 、三个电极之间的短路。
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整流输出
上是好的。
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发光；将A 、G 短接一下再断开，可控硅受触发而导通，并能维持导通（灯泡的额定电流应
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结论。方法是：将可控硅接入电路，可控硅因无触发信号输入，小灯泡HL1无电流通路不
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些，似乎也没有什么关系。因可控硅一旦被触发开通后，A 、G 、K 三个电极间近乎等电位（A 、K 间导通压降仅2V 左右），则A 、G 极间便不会再有较大的触发电流通路。这就是为什么，在可控硅仅作为开关来使用时，有人将A 、G 两极直接短接，来实施开通控制的道理。
下面看一下台达DVP-1 22kW变频器主电路/可控硅触发电路
U
V
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上图中的变频器主电路结构与其它变频器有所不同。三相整流桥的三个上桥臂是由三只
时的预充电电路。在对直流回路储能电容器的充电控制上，也有其新的特点。控制机理如下：变频器上电瞬间，三相整流桥的上三桥臂可控硅器件，因无触发电流而关断；R1、FU1、D1将R 相输入交流电整流成正半波电压，经P0、P1端子给直流回路的储能电容器充电。在电容器建立起充电电压后，变频器的开关电源电路起振，由开关变压器DT1的次级绕组感应电压，经D7、DC31整流滤波后，做为可控硅触发电路的隔离直流电源。多谐振荡器DU2开始工作。此时CPU 检测由直流回路来的电压检测信号，判断储能电容上电路达到一定幅值时，输出一个可控硅控制信号，控制光电耦合器DPH2导通，将振荡信号由DU2的3脚引入到三极管DQ22的基极，进而驱动功率管DQ3导通，将触发信号同时加到三只可控硅的栅、阴极，三只可控硅全部导通，输入电路由半波整流电路转化为三相桥式整流电路，预充电过程结束，变频器进入待机状态。
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单向可控硅器件组成的，省去了充电电阻和充电接触器，增加了R1、D1、FUSE1变频器上电
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台达DVP-1 22kW变频器主电路/可控硅触发电路
触发电路相对简单，既非移相电路也非过零触发电路，振荡电路输出占空比达90%以上的矩形脉冲，几乎在任意时间内，都将触发信号送到三只可控硅的触发极。可以说，变频器在上电后，一旦DPH2受CPU 控制而导通，三只可控硅也即随时处于导通状态下，同三只普通整流二极管相差不大。
触发电流形成的通路是这样的（以R 上臂可控硅触发电路为例）：由D7、DC31整流滤波后的直流电压，经DQ3控制开关管、DD24、DR35加到可控硅的G 极，再经K 极回到触发电源地端。DQ3是控制可控硅开通与关断的“开关”，开关闭合与断开的指令由CPU 发布。
故障检修：如图2-12电路，当可控硅器件有击穿短路故障时，将输入三相交流电源形成短路，运行中电源开关跳闸。用户会合不上供电开关（一般是采用空气断路器），一合即跳；当可控硅有开路故障（或触发电路有故障）时，变频器启动或运行过程中，会跳直流回
对触发电路的检查，先将直流回路的电容器组脱开主电路，另行接入两只100uF400V
触发电路的正常工作须具备两个条件：1、DU2振荡电路能正常工作，输出正的驱动电
对触发电路的检查，也可从此两方面着手。短接DQ3的C、E极，测三可控硅的G、K极间应
从CPU 来的+5V控制信号、DPH2、DQ22、DQ23等环节；若可控硅仍无触发信号，检查DU2及外围电路。
从电路的一个关节处、枢纽处，人为改动一下原电路状态，即可令电路的输出产生明显的变化，从而暴露出故障在哪个环节。也许从电路的静态我们较难判别，或是需费较大的力
我们可以自己造出一条故障检修的“捷径”来。短接DQ3的C、E极，即是快速判断故障是出在CPU 控制电路还在触发电路本身的一个好法子。
[故障实例1]：
台达DVP-1 22kW 变频器，上电无反应，操作面板无显示，测量控制端子的24V 电压为0。判断为开关电源或开关电源的供电回路故障。上电检测直流回路的储能电容两端无530V 直流电压，进一步检测预充电电路的保险管FUSE1已经熔断，致使开关电源得不到输入电源，整机不工作。考虑到熔断原因为三相整流电路中可控硅元件因未被触发导通，预充电电路因承受运行电流冲击，而使FUSE1熔断。将FUSE1换新后，上电在三只可控硅的触发端子均检测不到直流电压。当短接触发电路中的DQ3时，三只可控硅的触发端子均有触
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气才能检测出故障所在，而有采取一个小手段，令电路动起来，则故障环节就会显露无遗，
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有1.5V 左右的直流电压。若此电压正常，说明DU2振荡电路正常，检查排线DJ8的24端子
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压；2、触发电流的通路受控于CPU 的开关信号，取决于DPH2、DQ22、DQ3的工作状态。
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电容器代替原储能电容，可方便对可控硅触发电路的检查：
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用检测法2先检测是否是可控硅损坏，再检查触发电路的好坏。
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路欠电压、LU 等故障，并停机保护。此时须区分是可控硅本身故障还是触发电路的故障，
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发电压输入，三只可控硅开通。检查DQ3的集电结已经开路损坏，将 DQ3用功率管BU406代换后，故障排除。
[故障实例2]：
台达DVP-1 22kW变频器，故障状态同上。检查也是FUSE1熔断。换新保险管后上电检查：短接DQ3的C 、E 极，测量G1、K1，G2、K2，G3、K3触发端子间仍无触发电压信号；测量DU2的3脚有直流电压输出；测量光电耦合器DPH2的1脚无1.3V 输入电压，排线端子DJ6的24脚电压仅为0.3V 。DPH2因无信号电压输入，输出侧三极管未导通，而使可控硅的触发电流回路被切断。是直流回路的电压检测电路故障，使CPU 误以为储能电容的电荷尚未充满，因而不输出可控硅开通指令，还是CPU 的I/O口内部电路故障，不能输出+5V高电平指令呢？变频器上电，在停机状态下，由预充电回路，也能在储能电容上建
是由厂家购进CPU 主板，还是采用应急措施修复此例故障呢？在不更换CPU 主板的前
1、直接将DQ3短接，变频器上电时，由预充电电路为储能电容充电，当充电电压建立
可控硅开通时有较小的冲击电流，但基本上无妨。
送出可控硅开通的控制信号。电路如下图：
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加装一个三极管R 、C 延时电路，在开关电源起振后，控制DPH2延时得电，以便延时
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起一定幅度后，如450V ，开关电源起振，触发电路得电，三只可控硅得到触发电源而开通；
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提下，有两种方法，都可以将此故障变通修复：
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说明故障是由CPU 的I/O口内电路损坏所致。
使可控硅器件延时开通的附加电路
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立起500V 以上的电压。空载，操作变频器起动运行试验，输出正常，未报出欠电压故障。
DJ6
只需将DPH2的1脚元件拆除，加装由上图5只元件组成的延时电路即可。在开关电源起振工作后，从排线端子DJ6的9端引入+15V电源电压，经R1给C2充电到C2上电压上升为12V 左右时，DW1击穿导通，三极管Q1有偏流而导通，驱动DPH2，接通可控硅的触发电流通路。 电路的延时时间约为3秒。此时储能电容上已建立起500V 以上的电压值，三只可控硅便基本上在无冲击电流的情况下顺利开通了。
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