振动台功放装配与维修
目录
引言 1
一、振动台功放组成 2
二、开关功放设计与原理 3
（一）功率转换级整体设计 3
（二）工作原理 3
（三）开关频率 4
（四）大功率开关功放实现方案 4
（五）功放特点 4
三、功放功率模块装配工艺 5
（一）准备工作 5
（二）生产过程 6
四、功率放大器电源装配工艺 7
（一）安装变压器 7
（二）安装功放电源 8
五、功放出现的问题与维修 9
（一）系统故障的判断 9
（二）功率模块的检修 10
（三）功放启动与问题 10
（四）电磁兼容问题 12
总结 13
谢辞 14
参考文献 15
引言
与振动有关的试验广义上都可以称为振动试验。在实际的工程中振动对产品的主要影响有：
1.结构损坏
2.工作性能失灵
3.工艺性能破坏
为了提高产品的可靠性,使产品在使用中不发生上述的故障与破坏。振动试验几乎从元器件开始,就伴随着产品的整个生产过程。
东菱振动公司的振动试验台在在各个行业都有广泛的应用。按产生的推力来区分不同型号的振动台的。今天我就是介绍的振动的电方面的应用，靠它才能让台子产生从几百千克到几十吨的推力，从而适合各种环境测试以及被测试物体。开关功率放大器就是其中的关键部分，它包括机架，功率模块，功放电源模块，激磁整流模块，直流母线，交流母线和逻辑模块。
一、 振动台功放组成
东菱振动公司生产的开关功率放大器包括：机架，功 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
率模块，功放电源模块，激磁整流模块，直流母线，交流母线和逻辑模块。如图1-1。
图1-1 功率放大器组成图
机架：机架上部是逻辑模块，中部是功率模块，下部是功放电源模块和激弛整流模块，正面下为总电源开关板。
机架上部的监控逻辑模块，其面板上装有两只指针式表头（可以是数字式表头）及十五只发光管组成的陈列，用于显示输出电压，输出电流，功率放大器的工作状态及故障性质，面板右部为输出电压调节旋钮，此旋钮兼有故障复位功能。如图1-2。
图1-2 机架 功率模块：功率模块的电源输入线及输出线分别与直流母线，交流母线连接；驱动信号通过26芯的带状电缆输入。半桥开关板方框图如图示；差模电感L1，L2和电容C1，共模电感L3A，L3B及缓冲线路组成的输出滤波器。每个功率模块可输出5，10，15KVA等几种规格。
功放电源模块：为了控制功放电源的开很和关。
激磁整流模块：提高功放的电源稳定性。
直流母线：将功放电源模块输出的直流电压加到各功率模块的直流输入端
交流母线：功率模块的交流输出接到交流母线，同时振动台的动圈也接交流母线。
逻辑模块：提供功率模块所需的脉宽调制驱动信号，系统定时由晶体振荡器控制，工作频率为3.58MHz，由分频器分解成56kHz的转换频率，然后56kHz的方波信号被积分成三角波。输入信号由增益电位器控制，经放大器放大后与系统反馈信号经误差放大器后产生一个误差信号，误差放大器有足够的增益使输出波形的失真度低。这种信号与三角波比较产生一个脉宽调制的逻辑信号以驱动功率模块里的一个半桥，误差信号反向后同样与三角波比较产生另一个半桥的脉宽调制的逻辑驱动信号。
二、开关功放设计与原理
（一）功率转换级整体设计
图2-1 功率放大器原理图
如图2-1，开关功率放大器的功率转换电路由直流电源电路,单相全桥逆变电路,低通滤波电路组成.三相或单相交流电经过工频变压器降压隔离,整流,压滤波后,得到低纹波直流电压,为逆变器提供直流母线电压,逆变器的输出经过低通滤波器滤除开关频率倍频附近的高次谐波后,送至电动振动台。
逻辑驱动部分接受脉宽调制部分送来的脉冲波，在这里脉冲分成四路。由于功率器件不是理想开关，有一定的上升、下降时间，为避免工作时两个串联的功率开关出现共同的情况，四路脉冲均有一定的延时，延时的长短根据功率开关的开关时间决定，在保证功率开关不发生共同导通的情况下，延时越短越好（最短220ns），否则经解调来的正弦波将出现严重的失真。另一方面，为防止输入缓冲部分的信号过大，与载波信号失去交点，出现功率开关长时间导通情况，逻辑驱动部分同时接收脉宽调制部分送来的同步脉冲以限制脉冲的占空比，以保证即使脉宽调制部分出现故障，功率开关仍能按开关频率导通关断，保证功率器不致损坏。
开关功放存在着固有的缺点:开关管开通与关断时,会引起高频的纹波电流,而低通滤波器不可能完全衰减掉所有的高频信号,所以在放大器的输出端还会产生纹波"过多的纹波不仅会带来额外的损耗,还会引起输出谐波失真,甚至影响系统的稳定性。
（二）工作原理
简单地说就是采用正弦脉冲宽度调制技术，结合振动台对功放的特殊要求，产生一个由正弦信号控制占空比的矩形波，将矩形波控制功率开关，将直流电源斩波，再通过解调，即可得到一个满足振动台强烈要求的正弦信号。如图2-2。
图2-2 工作原理图
（三）开关频率
开关功放中开关管的频率与负载有关,在开关频率的确定过程中,应综合考虑输出电流纹波,开关损耗等因素.开关频率越高,损耗越大;但是开关频率越高,输出电流纹波会越小,通频带越宽,功放的动态性能也越好;就采用控制方法为电感电流瞬时值控制技术而言,要求三角波的变化率不能低于误差信号的变化率,否则会发生多重交截;就电动振动台而言,一般要求开关频率大于振动台上限工作频率的20倍;如果太小,将造成滤波电路的复杂化,甚至造成波形失真。所以功放所选用IGBT的开关上限频率为28.8K，故功放的开关频率为28.8K。
（四）大功率开关功放实现方案
图2-3 功放模块
如图2-3，采用多台独立的小功率开关功放模块并联方案，这种方案适合在具有电流源性质的设备中应用,开关功率放大器具有典型的电流源性质,所以通过多台小功率开关功放并联可以实现大功率的功放"现在国外开关功放生产厂商如英国LDS公司,以及国内东菱振动公司等生产的大功率开关功放都是采用这种方案。
（五）功放特点
1、若干个基础整流模块并联工作，方式灵活多变，用户可根据实际需要容量，如欲增加电流容量，不必更换机架、直流母线、交流母线，只增加功率模块、功放电源模块即可。
2、操作者可随时检查各个模块及系统的工作状态，某个功率模块如有故障可及时手动切除。
3、具有功率因数补偿装置，整个功率放大器的功率因数可达92%使电网容量得以充分利用。
4、采用正弦倍频脉宽调制技术，功率放大器信噪比高。
引言 1
一、振动台功放组成 2
二、开关功放设计与原理 3
（一）功率转换级整体设计 3
（二）工作原理 3
（三）开关频率 4
（四）大功率开关功放实现方案 4
（五）功放特点 4
三、功放功率模块装配工艺 5
（一）准备工作 5
（二）生产过程 6
四、功率放大器电源装配工艺 7
（一）安装变压器 7
（二）安装功放电源 8
五、功放出现的问题与维修 9
（一）系统故障的判断 9
（二）功率模块的检修 10
（三）功放启动与问题 10
（四）电磁兼容问题 12
总结 13
谢辞 14
参考文献 15
引言
与振动有关的试验广义上都可以称为振动试验。在实际的工程中振动对产品的主要影响有：
1.结构损坏
2.工作性能失灵
3.工艺性能破坏
为了提高产品的可靠性,使产品在使用中不发生上述的故障与破坏。振动试验几乎从元器件开始,就伴随着产品的整个生产过程。
东菱振动公司的振动试验台在在各个行业都有广泛的应用。按产生的推力来区分不同型号的振动台的。今天我就是介绍的振动的电方面的应用，靠它才能让台子产生从几百千克到几十吨的推力，从而适合各种环境测试以及被测试物体。开关功率放大器就是其中的关键部分，它包括机架，功率模块，功放电源模块，激磁整流模块，直流母线，交流母线和逻辑模块。
一、 振动台功放组成
东菱振动公司生产的开关功率放大器包括：机架，功 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
率模块，功放电源模块，激磁整流模块，直流母线，交流母线和逻辑模块。如图1-1。
图1-1 功率放大器组成图
机架：机架上部是逻辑模块，中部是功率模块，下部是功放电源模块和激弛整流模块，正面下为总电源开关板。
机架上部的监控逻辑模块，其面板上装有两只指针式表头（可以是数字式表头）及十五只发光管组成的陈列，用于显示输出电压，输出电流，功率放大器的工作状态及故障性质，面板右部为输出电压调节旋钮，此旋钮兼有故障复位功能。如图1-2。
图1-2 机架 功率模块：功率模块的电源输入线及输出线分别与直流母线，交流母线连接；驱动信号通过26芯的带状电缆输入。半桥开关板方框图如图示；差模电感L1，L2和电容C1，共模电感L3A，L3B及缓冲线路组成的输出滤波器。每个功率模块可输出5，10，15KVA等几种规格。
功放电源模块：为了控制功放电源的开很和关。
激磁整流模块：提高功放的电源稳定性。
直流母线：将功放电源模块输出的直流电压加到各功率模块的直流输入端
交流母线：功率模块的交流输出接到交流母线，同时振动台的动圈也接交流母线。
逻辑模块：提供功率模块所需的脉宽调制驱动信号，系统定时由晶体振荡器控制，工作频率为3.58MHz，由分频器分解成56kHz的转换频率，然后56kHz的方波信号被积分成三角波。输入信号由增益电位器控制，经放大器放大后与系统反馈信号经误差放大器后产生一个误差信号，误差放大器有足够的增益使输出波形的失真度低。这种信号与三角波比较产生一个脉宽调制的逻辑信号以驱动功率模块里的一个半桥，误差信号反向后同样与三角波比较产生另一个半桥的脉宽调制的逻辑驱动信号。
二、开关功放设计与原理
（一）功率转换级整体设计
图2-1 功率放大器原理图
如图2-1，开关功率放大器的功率转换电路由直流电源电路,单相全桥逆变电路,低通滤波电路组成.三相或单相交流电经过工频变压器降压隔离,整流,压滤波后,得到低纹波直流电压,为逆变器提供直流母线电压,逆变器的输出经过低通滤波器滤除开关频率倍频附近的高次谐波后,送至电动振动台。
逻辑驱动部分接受脉宽调制部分送来的脉冲波，在这里脉冲分成四路。由于功率器件不是理想开关，有一定的上升、下降时间，为避免工作时两个串联的功率开关出现共同的情况，四路脉冲均有一定的延时，延时的长短根据功率开关的开关时间决定，在保证功率开关不发生共同导通的情况下，延时越短越好（最短220ns），否则经解调来的正弦波将出现严重的失真。另一方面，为防止输入缓冲部分的信号过大，与载波信号失去交点，出现功率开关长时间导通情况，逻辑驱动部分同时接收脉宽调制部分送来的同步脉冲以限制脉冲的占空比，以保证即使脉宽调制部分出现故障，功率开关仍能按开关频率导通关断，保证功率器不致损坏。
开关功放存在着固有的缺点:开关管开通与关断时,会引起高频的纹波电流,而低通滤波器不可能完全衰减掉所有的高频信号,所以在放大器的输出端还会产生纹波"过多的纹波不仅会带来额外的损耗,还会引起输出谐波失真,甚至影响系统的稳定性。
（二）工作原理
简单地说就是采用正弦脉冲宽度调制技术，结合振动台对功放的特殊要求，产生一个由正弦信号控制占空比的矩形波，将矩形波控制功率开关，将直流电源斩波，再通过解调，即可得到一个满足振动台强烈要求的正弦信号。如图2-2。
图2-2 工作原理图
（三）开关频率
开关功放中开关管的频率与负载有关,在开关频率的确定过程中,应综合考虑输出电流纹波,开关损耗等因素.开关频率越高,损耗越大;但是开关频率越高,输出电流纹波会越小,通频带越宽,功放的动态性能也越好;就采用控制方法为电感电流瞬时值控制技术而言,要求三角波的变化率不能低于误差信号的变化率,否则会发生多重交截;就电动振动台而言,一般要求开关频率大于振动台上限工作频率的20倍;如果太小,将造成滤波电路的复杂化,甚至造成波形失真。所以功放所选用IGBT的开关上限频率为28.8K，故功放的开关频率为28.8K。
（四）大功率开关功放实现方案
图2-3 功放模块
如图2-3，采用多台独立的小功率开关功放模块并联方案，这种方案适合在具有电流源性质的设备中应用,开关功率放大器具有典型的电流源性质,所以通过多台小功率开关功放并联可以实现大功率的功放"现在国外开关功放生产厂商如英国LDS公司,以及国内东菱振动公司等生产的大功率开关功放都是采用这种方案。
（五）功放特点
1、若干个基础整流模块并联工作，方式灵活多变，用户可根据实际需要容量，如欲增加电流容量，不必更换机架、直流母线、交流母线，只增加功率模块、功放电源模块即可。
2、操作者可随时检查各个模块及系统的工作状态，某个功率模块如有故障可及时手动切除。
3、具有功率因数补偿装置，整个功率放大器的功率因数可达92%使电网容量得以充分利用。
4、采用正弦倍频脉宽调制技术，功率放大器信噪比高。
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