【实测案例】对高压大功率驱动中的高压元件进行故障诊断

ASI Robicon公司是领先的高功率固态变频驱动制造商，支持高达20000HP的控制工业交流电机，输入电压高达13,800V。本案例将详细介绍ASI公司的现场工程师在其30多年职业生涯中开发的电容测试方法。

ASI公司的水冷变频驱动系统

测量工具：Fluke 1550C高压绝缘电阻测试仪

操作人员：ASI Robicon，大功率变频驱动器制造商

测试对象：可控硅整流器、IGBT开关、电容

可控硅整流器电压测试

Fluke 1550C高压绝缘电阻测试仪能够快速确定大功率固态电源中非线性装置的质量薄弱环节，如SCR (可控硅整流器半导体)和IGBT大功率器件。

一般的固态元件测试仪采用低压、低电流测试源，通常无法定位损坏的元件，而且在负载下可能会崩溃。

测试方法

1. 将元件与其所有连接隔离开，确保读数准确。

2. 在1550C上设置高压，开始测试并记录读数。

读数示例

测试结果

•在测试正向偏压和反向偏压(阳极至阴极)时，如果可控硅整流器已损坏，读数会呈现较大的差异。

•新可控硅整流器在两个方向的读数几乎相等(大约100 MΩ)

•如果高功率可控硅整流器的读数低于5 MΩ，则表示已损坏，应该将其废弃。

•如果可控硅整流器在一个方向上的读数为50 MΩ至200 MΩ，在另一个方向上为10 MΩ至50 MΩ (差异达到4:1)，很可能会在带载时自锁(而不是在预期触发点及时触发，将会随机触发)。这种情况会在电源中引起极端的电流脉冲，会造成被供电的直流电机中发生换向器闪络。

可控硅整流器热实验

如果元件已发生物理性损坏，则需要将其实际取出来，进行热测试。

测试方法

1.将Fluke 1550C设置为装置的实际额定电压。480V VFD (变频驱动)上使用的大多数ASI 可控硅整流器的额定值为1400V。在中压(2300V和4160V)驱动上也串联使用3000 V装置。

2.装置温度较低时，读取正向和反向2个读数。

3.在高温箱中将元件加热到180 °F，并重复进行测试。

测试结果

如果泄漏电流高达50%或更大，则必须将装置废弃。

ASI公司在维修可控硅整流器电源时，其目标是最大程度降低故障和停工时间，而非将维修的零件成本最小化。

“传统上测试可控硅整流器时，如果没有完全短路，则认为没有问题。这种假定是完全错误的。”

——ASI公司现场工程师

任何装置在达到其额定电压时，如果读数表现为变化、波动、不稳定，都应认为即将发生故障，并将其隔离。读数不稳定表示内部电弧损坏，或者半导体本身锁死/导通。

IGBT开关装置测试

IGBT开关装置也可以进行热试验，但由于负阻特性二极管的原因，只能在一个方向(正向)进行检查。也可以对高功率二极管进行热试验(比较低温和高温读数的变化)。一般而言，与可控硅整流器相比(读数一般为200MΩ至700MΩ)，二极管的电阻高得多、漏电流小得多。

如果可控硅整流器的读数在两个方向均为20MΩ，则没有问题；但如果一个方向读数为80MΩ，而另一方向为20MΩ，则表示即将失效。全新的可控硅整流器的读数通常在两个方向均为100MΩ至200MΩ，两个方向的差异在50%之内。

电容测试

使用Fluke 1550C的可调电压功能还可以测试高压电容。

测试方法

对几个完全相同的电容进行充电，并比较将其充电到相似读数所需的时间。

读数示例

测试结果

•如果电容充电极其快，则可能已经开路。

•如果读数上、下反复，则表示电容内部可能发生闪络。

如遇到以上情况，请拆下并更换装置。

通过在定期使用1550C对元件进行预测性维护，现场工程师能够及时发现有瑕疵的元件，防止其失效。预防早期故障能为ASI公司和其客户节省时间和金钱。

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福禄克公司(FLUKE) 

福禄克公司成立于1948年，是世界电子测试工具的佼佼者，多年来，创造和发展了一个特定的技术市场，为各个工业领域提供了优质的测量和检测故障产品。福禄克的用户涵盖面广，包括技术人员、工程师、计量人员等等，他们利用福禄克的测试工具进行工业用电、电器设备和过程校准的安装、故障诊断和管理，并以此控制质量。在过去的五年中，福禄克的测试工具屡获殊荣，赢得了《测试与测量世界》最佳测试工具奖、《控制工程》工程师选择奖等50多个年度产品奖项，备受用户赞誉。