【實測案例】對高壓大功率驅動中的高壓元件進行故障診斷

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

ASI公司的水冷變頻驅動系統(tǒng)

測量工具：Fluke 1550C高壓絕緣電阻測試儀

操作人員：ASI Robicon，大功率變頻驅動器制造商

測試對象：可控硅整流器、IGBT開關、電容

可控硅整流器電壓測試

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

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

測試方法

1. 將元件與其所有連接隔離開，確保讀數(shù)準確。

2. 在1550C上設置高壓，開始測試并記錄讀數(shù)。

讀數(shù)示例

測試結果

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

· 新可控硅整流器在兩個方向的讀數(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，應該將其廢棄。

· 如果可控硅整流器在一個方向上的讀數(shù)為50 MΩ至200 MΩ，在另一個方向上為10 MΩ至50 MΩ （差異達到4:1），很可能會在帶載時自鎖（而不是在預期觸發(fā)點及時觸發(fā)，將會隨機觸發(fā)）。這種情況會在電源中引起極端的電流脈沖，會造成被供電的直流電機中發(fā)生換向器閃絡。

可控硅整流器熱實驗

如果元件已發(fā)生物理性損壞，則需要將其實際取出來，進行熱測試。

測試方法

1.將Fluke 1550C設置為裝置的實際額定電壓。480V VFD （變頻驅動）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）驅動上也串聯(lián)使用3000 V裝置。

2.裝置溫度較低時，讀取正向和反向2個讀數(shù)。

3.在高溫箱中將元件加熱到180 °F，并重復進行測試。

測試結果

如果泄漏電流高達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，其目標是最大程度降低故障和停工時間，而非將維修的零件成本最小化。

“傳統(tǒng)上測試可控硅整流器時，如果沒有完全短路，則認為沒有問題。這種假定是完全錯誤的?！?/span>

——ASI公司現(xiàn)場工程師

任何裝置在達到其額定電壓時，如果讀數(shù)表現(xiàn)為變化、波動、不穩(wěn)定，都應認為即將發(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，或者半導體本身鎖死/導通。

IGBT開關裝置測試

IGBT開關裝置也可以進行熱試驗，但由于負阻特性二極管的原因，只能在一個方向（正向）進行檢查。也可以對高功率二極管進行熱試驗（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)在兩個方向均為20MΩ，則沒有問題；但如果一個方向讀數(shù)為80MΩ，而另一方向為20MΩ，則表示即將失效。全新的可控硅整流器的讀數(shù)通常在兩個方向均為100MΩ至200MΩ，兩個方向的差異在50%之內(nèi)。

電容測試

使用Fluke 1550C的可調(diào)電壓功能還可以測試高壓電容。

測試方法

對幾個完全相同的電容進行充電，并比較將其充電到相似讀數(shù)所需的時間。

讀數(shù)示例

測試結果

· 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，則表示電容內(nèi)部可能發(fā)生閃絡。

如遇到以上情況，請拆下并更換裝置。

通過在定期使用1550C對元件進行預測性維護，現(xiàn)場工程師能夠及時發(fā)現(xiàn)有瑕疵的元件，防止其失效。預防早期故障能為ASI公司和其客戶節(jié)省時間和金錢。