孫晉中 段修文 蔡 輝

（濟(jì)寧何崗煤礦，山東 濟(jì)寧 272075）

1 礦井高壓變頻器使用概況

濟(jì)寧何崗煤礦位于濟(jì)寧煤田的東北部，于2003年6月開工建設(shè)，2006年5月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬(wàn)t/a，核定生產(chǎn)能力45萬(wàn)t/a。礦井于2010年分別對(duì)主副提升系統(tǒng)進(jìn)行了高壓變頻改造，極大地提高了礦井主提升系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。高壓變頻器美中不足的是由于受大功率開關(guān)元件IGBT的耐壓這一主要技術(shù)參數(shù)的影響，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接逆變，所以現(xiàn)用高壓變頻器采用了單元串聯(lián)脈寬調(diào)制疊波升壓輸出原理，濟(jì)寧何崗煤礦主副井提升機(jī)高壓變頻器就是基于此種原理。功率單元就是單元串聯(lián)式高壓變頻器的核心部件，也是承受高電壓大電流沖擊的部件，是該類型變頻器的主要易損件之一。對(duì)相應(yīng)的故障在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行正確及時(shí)地維修處理，將會(huì)極大減少因設(shè)備故障影響生產(chǎn)的時(shí)間，有利于保障礦井安全生產(chǎn)，對(duì)礦井經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生積極的影響。

2 常見故障分析與維修處理

2.1 功率單元常見輕故障分析與維修

在日常使用中，高壓變頻器熔斷器故障、光纖故障、過電壓故障在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)頻率較高。

2.1.1 熔斷器故障與維修

當(dāng)變頻器人機(jī)界面上顯示熔斷器故障時(shí)，根據(jù)對(duì)應(yīng)單元編號(hào)查找，用萬(wàn)用表檢查對(duì)應(yīng)單元的兩只熔斷器，出現(xiàn)熔斷情況時(shí)應(yīng)更換同規(guī)格熔斷器，更換完成后送電進(jìn)行故障復(fù)位，一般情況下可以恢復(fù)正常運(yùn)行。如不能恢復(fù)正常運(yùn)行，則更換功率單元解決。

2.1.2 光纖故障與維修

出現(xiàn)光纖故障時(shí)，應(yīng)分不同情況進(jìn)行維修。常見光纖故障有以下3種情況：

（1）光纖本身故障：處理方式為更換光纖；

（2）因功率單元熔斷器故障，出現(xiàn)光纖故障報(bào)警，則更換相應(yīng)功率單元的熔斷器；

（3）光纖板故障：更換對(duì)應(yīng)的光纖板。

2.1.3 過電壓故障與維修

變頻器在運(yùn)行中，特別是在進(jìn)行能量回饋過程中，容易出現(xiàn)過電壓故障，一般情況下采取故障復(fù)位的方式能夠解決。

2.2 功率單元常見重故障分析與維修

功率單元常見重故障有IGBT故障、驅(qū)動(dòng)板故障、過電壓不能復(fù)位等。這些故障表現(xiàn)在日常維護(hù)上具有突發(fā)性、現(xiàn)場(chǎng)維修時(shí)間長(zhǎng)或不易維修等特點(diǎn)，很難通過維護(hù)保養(yǎng)等常規(guī)方式解決，只能更換備用功率單元恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行。對(duì)于功率單元重故障維修，需要在結(jié)合功率單元工作原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，然后進(jìn)行維修。

2.2.1 IGBT重故障

主要表現(xiàn)為出現(xiàn)熔斷器故障更換熔斷器后仍然熔斷，多為IGBT非可逆性損壞或炸管，分析其原因多為IGBT擊穿或高壓變頻器運(yùn)行中頻繁停送電引起。對(duì)炸管故障能夠比較直觀判斷出故障點(diǎn)，但在多數(shù)情況下，IGBT損壞后很難從外觀上判斷出故障點(diǎn)。在不具備試驗(yàn)條件的情況下，常規(guī)判斷IGBT模塊是否正常的方法如下：

（1）判斷極性。首先將萬(wàn)用表?yè)茉赗×1K擋，用萬(wàn)用表測(cè)量時(shí)，若某一極與其他兩極阻值為無(wú)窮大，調(diào)換表筆后該極與其他兩極的阻值仍為無(wú)窮大，則判斷此極為柵極（G）。其余兩極再用萬(wàn)用表測(cè)量，若測(cè)得阻值為無(wú)窮大，調(diào)換表筆后測(cè)量阻值較小。在測(cè)量阻值較小的一次中，則判斷紅表筆接的為集電極（C)：黑表筆接的為發(fā)射極（E）。

（2）判斷好壞。將萬(wàn)用表?yè)茉赗×10K檔，用黑表筆接IGBT的集電極（C)，紅表筆接IGBT的發(fā)射極(E)，此時(shí)萬(wàn)用表的指針在零位。用手指同時(shí)觸及一下柵極（G）和集電極（C)，這時(shí)IGBT被觸發(fā)導(dǎo)通，萬(wàn)用表的指針擺向阻值較小的方向，并能指示在某一位置。然后再用手指同時(shí)觸及一下柵極（G）和發(fā)射極（E)，這時(shí)IGBT被阻斷，萬(wàn)用表的指針回零。此時(shí)即可判斷IGBT是好的。

（3）注意事項(xiàng)。任何指針式萬(wàn)用表鈴可用于檢測(cè)IGBT。注意判斷IGBT好壞時(shí)，一定要將萬(wàn)用表?yè)茉赗×10K擋，因R×11K檔以下各檔萬(wàn)用表內(nèi)部電池電壓太低，檢測(cè)好壞時(shí)不能使IGBT導(dǎo)通，而無(wú)法判斷IGBT的好壞。但在進(jìn)行逆變側(cè)IGBT模塊檢測(cè)時(shí)需注意其內(nèi)置二極管與整流側(cè)IGBT模塊方法上有所不同，需要引起維修者注意。需要特別說明的是，經(jīng)過測(cè)試后，完好的IGBT模塊的柵極應(yīng)進(jìn)行短路放電，防止因柵極間剩余電壓造成IGBT導(dǎo)通，導(dǎo)致IGBT模塊在維修后上電試驗(yàn)時(shí)損壞。更換IGBT模塊時(shí)，使用的電烙鐵必須進(jìn)行接地防止感應(yīng)電壓損壞IGBT模塊。

2.2.2 驅(qū)動(dòng)板常見故障分析與維修

驅(qū)動(dòng)板常見故障主要表現(xiàn)為無(wú)輸出驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。分析其原因多數(shù)為驅(qū)動(dòng)電路所對(duì)應(yīng)IGBT柵極已被擊穿，柵極損壞時(shí)驅(qū)動(dòng)電路板保護(hù)柵極的穩(wěn)壓管也隨之擊穿損壞，或在嚴(yán)重的情況下?lián)p壞整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。常見典型驅(qū)動(dòng)電路如圖1所示。

正常情況下，檢測(cè)該電路電阻RG處觸發(fā)電平為9.5V，使用示波器檢測(cè)波形（如下圖2）則為驅(qū)動(dòng)電路正常，反之則應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)維修。

圖2 示波器監(jiān)測(cè)波形圖

2.2.3 過電壓故障分析與維修

當(dāng)變頻器在控制面板上顯示過電壓故障并且通過故障復(fù)位處理不能恢復(fù)正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)考慮是功率單元電壓檢測(cè)電路出現(xiàn)故障，需在現(xiàn)場(chǎng)更換備用功率單元先恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行。更換下的故障功率單元，要檢查其單元控制板的直流母線電壓檢測(cè)電路。該電路由降壓電路、電壓傳感器、三運(yùn)算放大器及外圍電路組成。

過電壓一般由兩部分引起。

一部分是電壓檢測(cè)電路故障。常見降壓及電壓檢測(cè)傳感器電路如下圖3。

圖3 常見降壓及電壓檢測(cè)傳感器電路

按圖3進(jìn)行分析可知，降壓電阻一般不會(huì)出現(xiàn)故障，故障率較高的為電壓傳感器(LV25-P),故障后可直接進(jìn)行更換。

另一部分是三運(yùn)算放大器及其外圍電路故障。由傳統(tǒng)的AD620三運(yùn)算放大器及外圍電路構(gòu)成。根據(jù) AD620的工作原理，出現(xiàn)過壓故障的原因可分為兩個(gè)方面：一是AD620三運(yùn)算放大器自身故障引起誤報(bào)過電壓；二是放大器外部增益控制電阻RG阻值變化，引起輸出增益的變化，導(dǎo)致誤報(bào)過電壓。正常情況下，更換相應(yīng)元件可以恢復(fù)正常使用。

3 結(jié)論

高壓變頻器功率單元的維修是一項(xiàng)低成本高效益的維修工作，購(gòu)置相對(duì)廉價(jià)的電子元件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修在，能夠現(xiàn)場(chǎng)解決設(shè)備故障的同時(shí)，每年可節(jié)約數(shù)萬(wàn)元返廠維修費(fèi)用。

該工作要求維修人員具備相應(yīng)的電工電子理論知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)維修經(jīng)驗(yàn)。在現(xiàn)場(chǎng)維修后應(yīng)進(jìn)行通電試驗(yàn)，為確保試驗(yàn)安全，建議先進(jìn)行低電壓導(dǎo)通試驗(yàn)，正常后再進(jìn)行上機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)。