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高压变频器功率单元故障维修与预防

发布日期:2020-07-30   来源:《变频器世界》20-04期   作者: 张志杰 韦家明 周茂旭   浏览次数:476
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【摘   要】:功率单元是高压变频器中的主要功率变换部件,作为数据处理与执行单元,通过电力变换单元来调整电流的强度变化,输出变频电机对应的输出功率。因为IGBT工作频率高,所以在整个高压变频器故障统计中占得比例较高,文章通过具体的维修过程记录,介绍了功率单元故障维修与预防的方法。

 

关键词:功率单元维修预防,高压变频器

Abstract: The power unit is the main power conversion component in the high-voltage frequency converter. As a data processing and executing unit, the power conversion unit adjusts the intensity change of current and outputs the output power corresponding to the frequency conversion motor. Because IGBT has a high working frequency, it accounts for a high proportion in the fault statistics of the whole high-voltage inverter. This paper introduces the methods of power unit fault maintenance and prevention through specific maintenance process records.

Key words: power unit, maintenance, prevention, high voltage inverter

2019年5月到8月,某厂烧结机除尘器配套的800KW电机配套的高压变频器连续5次出现报警,经查都是功率单元故障。为排查故障原因,组织专业技术力量对每个器件进行检查分析,逐一测量阻值,最终排除故障。

1.故障排查

准备一块带有“二极管”检测功能的数字式万用表,通过万用表之红表笔、黑表笔,停电状态下测量变频器输出端和输入端进行判别故障的方法(图1)。

 

1 变频器直流母线的正负极

 

首先,用万用表黑表笔接触变频器直流母线的正极(P+),红表笔依次接触变频器输出端子(U、V、W),依次记录万用表所显示数值;然后再将红表笔接变频器直流母线负极(N),黑表笔依次接触变频器输出端子(U、V、W),

其次将万用表显示数值记录,对比六次显示数值,如果基本一致,则表明变频器变频器IGBT/IPM功率逆变模块无问题。反之,则表明相应位置上的逆变元件损坏此时通电的话一般会出现无输出或报“模块损坏(OCU1)”故障。

再次,用万用表黑表笔接触变频器直流母线的正极(P+),红表笔依次接触变频器输入端子(R、S、T),同样将万用表显示的数值记录下来;然后再次用万用表红表笔接触变频器直流母线负极(N),黑表笔轮流接触变频器输入端子,再次记录好显示数值。若六次显示的数值基本相等,说明变频器整流二极管(单相整流桥/三相整流桥)以及充电(软启动)电阻无问题;反之则对应的整流二极管或者充电电阻已损坏,此时通电一般会无显示或报“直流母线欠压/LU”故障。

2.故障记录

2.1单号2019-05-06-1

现场故障信息:3#烧结主抽变频器调试期间,现场备用单元换到系统上试机,报“单元驱动保护”,单元旁路处理,C8 单元信息6000,对应直流电压991V,拆开单元发现有器件损坏(图2)。

 

2 功率单元外部结构图

2.2单号2019-07-21-2

现场故障信息:4#烧结主抽变频器运行中(运行频率41.05Hz)系统报单元驱动保护输出过流速断保护单元直流电压告警A6单元信息4000,对应直流电压908V部分单元直流电压高于1000V,系统停机。

2.3单号2019-07-21-3

现场故障信息:1#烧结主抽变频器带电机空载调试启动过程中(升速到2.71Hz)系统报单元驱动保护”,A2单元信息6100对应直流电压996,A相输出电流350.3A部分单元直流电压高于1000V。

2.4单号2019-08-24-4

现场故障信息:现场故障信息反馈: 1#烧结 主抽变频器运行中(运行频率42.34Hz)报输出过流速断保护单元直流电压告警B8单元信息0040,更换单元后正常。

2.5单号2019-08-25-5

现场故障信息:现场故障信息反馈: 4#烧结主抽变频器系统运行中(运行频率34.73Hz)报单元驱动保护输出过流速断保护C3 单元停息4000对应直流电压1001V,系统停机

3.故障维修

3.1单号2019-05-06-1

修理结果:外观无异常,检查三相输入熔断器,熔断器故障;拆开单元进行内部检查(图3),左臂IGBT 模块故障、铜排变形,其余整流桥、接触器、吸收板、分压板等器件功能检测正常;驱动板上电检测,测试驱动板左右臂IGBT驱动波形、死区时间、驱动保护功能、电压指示灯、温度指示灯功能、旁路等功能检验正常:更换故障器件,单元上电检测正常,带载老化运行测试正常。

 

3 现场维修作业图

3.2单号2019-07-21-2

修理结果:外观无异常,检查三相输入熔断器,熔断器正常:

拆开单元进行内部检查,IGBT 模块故障,其余整流桥、接触器、吸收板、分压板等器件功

能检测正常:驱动板.上电检测,测试驱动板左右臂IGBT驱动波形、死区时间、驱动保护功能、电压指示灯、温度指示灯功能、旁路等功能检验正常;更换故障器件,单元上电检测正常,带载老化运行测试正常。

3.3单号2019-07-21-3

修理结果:外观无异常,检查三相输入熔断器,熔断器故障拆开单元进行内部检查,IGBT 模块故障,其余整流桥、晶闸管、吸收板、分压板、充电电阻等器件功能检测正常:驱动板上电检测,测试驱动板左右臂IGBT驱动波形、死区时间、驱动保护功能、电压指示灯、温度指示灯功能、旁路等功能检验正常更换故障器件,单元上电检测正常,带载老化运行测试正常。

3.4单号2019-08-24-4

修理结果:外观无异常,检查三相输入熔断器,熔断器正常:拆开单元进行内部检查,IGBT 模块、整流桥、接触器、吸收板、分压板等器件功能检测正常;驱动板上电检测,测试驱动板左右臂IGBT驱动波形、死区时间、驱动保护功能、电压指示灯、温度指示灯功能、旁路等功能检验正常:单元上电检测正常,带载老化运行测试正常。

3.5单号2019-08-25-5

修理结果:外观无异常,检查三相输入熔断器,熔断器正常;拆开单元进行内部检查,IGBT 模块故障,其余整流桥、接触器、吸收板、分压板等器件功能检测正常;驱动板上电检测,驱动电阻故障,更换驱动电阻:测试驱动板左右臂IGBT驱动波形、死区时间、驱动保护功能、电压指示灯、温度指示灯功能、旁路等功能检验正常;更换故障器件,单元上电检测正常,带载老化运行测试正常。

4.故障原因分析

4.1单号2019-08-24-41检测正常,分析认为系统检测到实际发生输出过流从而触发速断保护,同时单元也因为过流导致正常保护,有效避免系统因过流而导致的单元等期间损坏。

4.2其余四台单元均为IGBT模块故障,要结合机旁触摸屏报警分析(图4),常见原因有:

 

4 机旁触摸屏记录

 

4.2.1分析由于设备运行时单元直流电压偏高或存在波动导致IGBT过压击穿,从而耦合到IGBT驱动端子,导致其击穿。现场母线电压偏高或存在较大过压尖峰、负荷突变均有可能引起设备运行中输入电压偏高或波动。

4.2.2分析认为由于单元内部驱动保护检测线和驱动线距离过近,可能对驱动信号造成干扰,导致单元驱动异常或误报。

4.3.3单号2019-07-21-3在系统带电机空载启动过程中(升速到2.71Hz)报驱动保护,此时A相输出电流350.3A,分析认为由于电机低频特性导致系统启动过程中可能发生过流导致单元故障。

5预防措施

5.1现场注意检查母线电压、负荷有无较大波动,尽量减小因过压、过流冲击等因素对设备的影响。

5.2现场调节移相变压器抽头,降低单元直流电压,避免现场因直流电压过高造成的单元故障。

5.3对单元内部走线进行整改,避免因内部干扰造成的系统故障。

5.4加强对设备的巡检、日常维护工作,保证设备在良好的环境下运行,减小环境温度、湿度、粉尘等因素对设备运行的影响。

参考文献                                                                                                                                                                                

[1] 张志.节能降耗,变频器大显身手[N];中国冶金报;2009年

[2] 刘建平.变频器的控制电路及几种常见故障分析[J];西部探矿工程;2006年06期

[3] 张志杰;国产高压变频器助力除尘风机节能[N];中国冶金报;2009年

作者简介:
张志杰,
1970.1,山东高密人,六安钢铁自动化部长,教授级高工,长期从事冶金电气自动化研究与应用。

 
 
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