变流器晶闸管故障分析及处理方法

天地科技股份有限公司　李建华



变流器晶闸管故障分析及处理方法

天地科技股份有限公司李建华

本文以大功率变流传动系统为对象，通过分析变流器运行过程中的工作状态，总结变流器发生故障的原因，针对晶闸管出现故障的原因确定其相应地处理方法。通过实际操作实验验证了上述方法的有效性和可靠性。

变流器晶闸管；故障分析；处理方法

1　概述

矿井提升机电控系统是保证矿井安全生产工作的关键设备，电控系统的安全可靠运行决定了矿井生产工作人员的生命和财产安全。大功率变流器是矿井提升机电控系统的核心组成部分，变流器是否安全可靠运行关系到整个电控系统能否正常稳定的工作。晶闸管是变流器的核心工作元件，变流器故障往往都是由晶闸管故障所引起，因此，对晶闸管故障状态进行跟踪分析，并寻找合适的处理方法，可以快速的对变流器工作过程中出现的故障进行快速响应，甚至对晶闸管潜在的故障进行可靠的诊断，从而保证了大功率变流器的安全可靠运行，进而实现了提升机电控系统的正常工作。

2　变流器晶闸管故障原因分析

2.1晶闸管故障分析

晶闸管故障可以从两方面判断：

（1）烧断熔断器熔断器被烧断说明有非常大的电流，产生大电流可能有以下原因：

1）晶闸管故障（阳极和阴极短路）导致模块内部进线侧相间短路。

2）4-Q 变流器中的环流（而不是晶闸管故障）导致模块内部进线侧相间短路。

3）直流输出端没有足够的阻抗而短路。

4）逆变颠覆（动态制动，直流侧有大电流高 EMF，同时交流输入电压低）。

（2）波形监视器

波形监视器显示直流输出的波形脉动程度远远大于正常波形。造成这种情况的原因通常是一个晶闸管不工作，从而导致波形出现低谷。

由于电流环的控制作用，会迫使其他的晶闸管出现一定的过载来补充电流的低谷，从而保持恒定的平均电流。当导通角a≤90°时，这种补偿会导致波形监视故障。在制动或逆变状态时，通常会导致烧断熔断器。

导致晶闸管无电流的原因有：

（1）六个晶闸管中其中的一个和熔断器连接分断。如果3 个外部交流输入熔断器中有一个烧断，变流器将引缺相而立刻停止工作。

（2）晶闸管没有收到触发脉冲。

（3）电流控制器可能与直流负载完全不匹配。

（4）交流电网供电导致错误信息，此时不对称相位角偏移，相电压不平衡或功率补偿器和滤波器都可能是导致错误的原因。

2.2晶闸管故障定位

变流器中的熔断器烧断，极有可能是有晶闸管故障引起的。为进一步定位故障并进行相应地处理，应根据不同结构的模块采用两种方法进行故障原因判定。

（1）变流器D1～D4 （20～1000 A）

1）变流器必须和主电断开。

2）直流输出至少一端必须和电机断开。

3）用欧姆表测量交流输入端和直流输出端（ U1 至 C1， V1 至C1， W1至 C1， U1 至 D1， V1 至 D1 还有 W1 至 D1）：

正常情况下，每次测量的阻值都应大于1k，如果其中一路的阻值小于1k，说明这一路上的晶闸管故障。 如果变流器是半控的，则每个晶闸管模块包含两个反并联的晶闸管。这种情况下只需知道是哪对晶闸管故障就可以了，因为必须将反并联的晶闸管同时更换。更换完晶闸管后，还要按照前面说的再测量一次，确保所有故障晶闸管都找到了。

注意 ：阻容吸收电路可能会导致测量刚开始时的阻值短时间为0。如果测量的阻值小于 1，应将两个表笔交换位置，反向再测量一次。如果结果相同，一定是这个支路上的晶闸管发生故障，需要更换。

（2）变流器 D5、D6和D7 （900～5200 A）

这些变流器模块内部的功率部分装有熔断器。

变流器必须和主电断开。

●熔断器烧断

（1）当一个熔断器烧断，它所在的一路上的有故障的晶闸管或反并联的晶闸管已经和其它的晶闸管断开了。

（2）当晶闸管没有被拆下时，先要按照前面说的测量电阻。

（3）4-Q 变流器中还要进一步判断是正向还是反向晶闸管需要更换。

（4）更换完晶闸管后，还要按照前面说的再测量一次，确保所有故障晶闸管都找到了。

注意：如果电机没有和变流器断开，测量结果可能有误。

●波形监视器

如果波形监视器故障，原因和前面的一样：

（1）根据前面的测量判断熔断器和晶闸管是否正常。

（2）如果功率部分器件看起来正常，而一个或多个晶闸管没有电流通过，就需要检查脉冲触发器和晶闸管门极之间是否正常工作；具体要检查：

1）脉冲放大器输入侧是否有信号

2）脉冲放大器输出侧是否有信号

3）脉冲是否发送到门极以及连接是否有问题

4）触发脉冲是否将晶闸管导通以及是否所有测量位置的脉冲形状都相同

（3）检查电流控制器的设定。

（4）同时测量并记录3相交流电源的线电压和电流。

3　变流器晶闸管故障处理方法

3.1故障晶闸管初步定位

通过正反向分别测量 U1， V1， W1和C1， D1间的电阻来找到故障支路（如图1所示）：

图1　大功率变流器电路拓扑结构图

3.2故障晶闸管拆除前准备

（1）在直流铜排和散热器之间插入一小片绝缘物，如一张纸或塑料片。

（2）正反向测量直流铜排和散热器之间的阻值。

（3）再测量绝缘的散热器和与熔断器相连的散热器之间的电阻。

（4）根据测量结果判断两次测量点之间的晶闸管，哪个需要更换。

3.3拆除故障晶闸管

（1）拆除直流和交流母排的螺栓；拆除快熔，如果损坏的晶闸管被快熔遮挡；

（2）松开背板固定螺丝，保证背板能上下移动；

（3）记下将要拆除的晶闸管的方向和位置，标记好触发线；

（4）拆除触发线；

（5）松开模块顶部的紧固螺钉；

（6）用拆除专用工具将故障晶闸管上下侧的散热器撑开；

（7）拆除晶闸管。

图2　晶闸管安装布置图

3.4安装新的晶闸管

（1）确定新的器件的型号正确。保持半导体器件和工作台清洁，如果需要，用软纸沾有机溶剂擦拭。

（2）使用柔软浸有有机溶剂的纸擦干净半导体的接触面，并晾干。然后再接触面上薄薄的涂抹一层导热硅脂。

（3）使用柔软浸有有机溶剂的纸擦干净将要和半导体接触的表面（散热器，AC和DC铜排），并晾干。注意不要用力擦拭，以免造成划痕。

（4）将晶闸管放到将要安装的位置。转动晶闸管，使触发线转向正确的方向。

（5）插上触发信号线。

（6）用手紧固螺钉，直到螺帽接触到模块。

（7）用套筒扳手紧固螺钉，一次紧半圈，直到指示弹簧指示合适的力矩。

（8）测量阻值确认晶闸管完好。

（9）重新安装 DC / AC 铜排，熔断器和其他零件。

（10）测量 U1， V1， W1 和 C1， D1端的电阻，确认功率部件完好。晶闸管的具体布置方法参考图2所示。

4　结语

本文以大功率变流传动系统为对象，重点分析了变流器故障发生的原因，详细分析了晶闸管故障产生的原因及其对变流器正常工作的影响。通过分析晶闸管发生故障时所产生的现象，总结晶闸管发生故障的原因，针对晶闸管出现故障的原因确定其相应地处理方法。最后通过实际操作实验验证了上述方法的有效性和可行性。

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李建华（1978—），男，内蒙古人，工学学士，工程师。