【實(shí)測(cè)案例】對(duì)高壓大功率驅(qū)動(dòng)中的高壓元件進(jìn)行故障診斷

ASI Robicon公司是領(lǐng)先的高功率固態(tài)變頻驅(qū)動(dòng)制造商，支持高達(dá)20000HP的控制工業(yè)交流電機(jī)，輸入電壓高達(dá)13，800V。本案例將詳細(xì)介紹ASI公司的現(xiàn)場(chǎng)工程師在其30多年職業(yè)生涯中開發(fā)的電容測(cè)試方法。

ASI公司的水冷變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

測(cè)量工具：Fluke 1550C高壓絕緣電阻測(cè)試儀

操作人員：ASI Robicon，大功率變頻驅(qū)動(dòng)器制造商

測(cè)試對(duì)象：可控硅整流器、IGBT開關(guān)、電容

可控硅整流器電壓測(cè)試

Fluke 1550C高壓絕緣電阻測(cè)試儀能夠快速確定大功率固態(tài)電源中非線性裝置的質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)，如SCR （可控硅整流器半導(dǎo)體）和IGBT大功率器件。

一般的固態(tài)元件測(cè)試儀采用低壓、低電流測(cè)試源，通常無法定位損壞的元件，而且在負(fù)載下可能會(huì)崩潰。

測(cè)試方法

1. 將元件與其所有連接隔離開，確保讀數(shù)準(zhǔn)確。

2. 在1550C上設(shè)置高壓，開始測(cè)試并記錄讀數(shù)。

讀數(shù)示例

測(cè)試結(jié)果

· 在測(cè)試正向偏壓和反向偏壓（陽極至陰極）時(shí)，如果可控硅整流器已損壞，讀數(shù)會(huì)呈現(xiàn)較大的差異。

· 新可控硅整流器在兩個(gè)方向的讀數(shù)幾乎相等（大約100 MΩ）

· 如果高功率可控硅整流器的讀數(shù)低于5 MΩ，則表示已損壞，應(yīng)該將其廢棄。

· 如果可控硅整流器在一個(gè)方向上的讀數(shù)為50 MΩ至200 MΩ，在另一個(gè)方向上為10 MΩ至50 MΩ （差異達(dá)到4:1），很可能會(huì)在帶載時(shí)自鎖（而不是在預(yù)期觸發(fā)點(diǎn)及時(shí)觸發(fā)，將會(huì)隨機(jī)觸發(fā)）。這種情況會(huì)在電源中引起極端的電流脈沖，會(huì)造成被供電的直流電機(jī)中發(fā)生換向器閃絡(luò)。

可控硅整流器熱實(shí)驗(yàn)

如果元件已發(fā)生物理性損壞，則需要將其實(shí)際取出來，進(jìn)行熱測(cè)試。

測(cè)試方法

1.將Fluke 1550C設(shè)置為裝置的實(shí)際額定電壓。480V VFD （變頻驅(qū)動(dòng)）上使用的大多數(shù)ASI 可控硅整流器的額定值為1400V。在中壓（2300V和4160V）驅(qū)動(dòng)上也串聯(lián)使用3000 V裝置。

2.裝置溫度較低時(shí)，讀取正向和反向2個(gè)讀數(shù)。

3.在高溫箱中將元件加熱到180 °F，并重復(fù)進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果

如果泄漏電流高達(dá)50%或更大，則必須將裝置廢棄。

ASI公司在維修可控硅整流器電源時(shí)，其目標(biāo)是最大程度降低故障和停工時(shí)間，而非將維修的零件成本最小化。

“傳統(tǒng)上測(cè)試可控硅整流器時(shí)，如果沒有完全短路，則認(rèn)為沒有問題。這種假定是完全錯(cuò)誤的。”

——ASI公司現(xiàn)場(chǎng)工程師

任何裝置在達(dá)到其額定電壓時(shí)，如果讀數(shù)表現(xiàn)為變化、波動(dòng)、不穩(wěn)定，都應(yīng)認(rèn)為即將發(fā)生故障，并將其隔離。讀數(shù)不穩(wěn)定表示內(nèi)部電弧損壞，或者半導(dǎo)體本身鎖死/導(dǎo)通。

IGBT開關(guān)裝置測(cè)試

IGBT開關(guān)裝置也可以進(jìn)行熱試驗(yàn)，但由于負(fù)阻特性二極管的原因，只能在一個(gè)方向（正向）進(jìn)行檢查。也可以對(duì)高功率二極管進(jìn)行熱試驗(yàn)（比較低溫和高溫讀數(shù)的變化）。一般而言，與可控硅整流器相比（讀數(shù)一般為200MΩ至700MΩ），二極管的電阻高得多、漏電流小得多。

如果可控硅整流器的讀數(shù)在兩個(gè)方向均為20MΩ，則沒有問題；但如果一個(gè)方向讀數(shù)為80MΩ，而另一方向?yàn)?0MΩ，則表示即將失效。全新的可控硅整流器的讀數(shù)通常在兩個(gè)方向均為100MΩ至200MΩ，兩個(gè)方向的差異在50%之內(nèi)。

電容測(cè)試

使用Fluke 1550C的可調(diào)電壓功能還可以測(cè)試高壓電容。

測(cè)試方法

對(duì)幾個(gè)完全相同的電容進(jìn)行充電，并比較將其充電到相似讀數(shù)所需的時(shí)間。

讀數(shù)示例

測(cè)試結(jié)果

· 如果電容充電極其快，則可能已經(jīng)開路。

· 如果讀數(shù)上、下反復(fù)，則表示電容內(nèi)部可能發(fā)生閃絡(luò)。

如遇到以上情況，請(qǐng)拆下并更換裝置。

通過在定期使用1550C對(duì)元件進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)工程師能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)有瑕疵的元件，防止其失效。預(yù)防早期故障能為ASI公司和其客戶節(jié)省時(shí)間和金錢。