電動鉆機大功率變頻裝置故障分析

【摘要】通過對中原油田電動鉆機高壓大功率變頻器燒損故障的分析，研究了鉆機變頻供電高頻諧振與變頻器功率開關(guān)器件損壞之間的內(nèi)在聯(lián)系，通過分析故障時輸出電流與器件觸發(fā)脈沖波形，發(fā)現(xiàn)供電線路諧振造成功率開關(guān)器件強制高頻開通、關(guān)斷，器件損耗增大；同時高頻諧振又導(dǎo)致功率器件的不完全導(dǎo)通和關(guān)斷，器件內(nèi)部發(fā)生局部過流和過熱，從而開關(guān)管燒損。該分析對于變頻器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制方法的優(yōu)化具有一定的意義。

【關(guān)鍵詞】變頻 振蕩 諧波 過流

1概述

近年來，高壓大功率變頻器得到了越來越多的應(yīng)用，數(shù)千伏安甚至是兆伏安級的大功率變頻器已經(jīng)逐漸開始應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場。其中很大一部分大功率變頻器應(yīng)用在與負載距離非常遠的地方，如機車牽引、石油鉆采、深海作業(yè)等。變頻器輸出電纜的長度都達到了幾百米，甚至是數(shù)千米，這對變頻器的輸出電壓波形提出了很高的要求。

如果輸出電壓具有非常大的dv/dt（對于GTO器件，dv/dt可達到1000Ｖ/μs，而對于IGBT器件，dv/dt可達到20000Ｖ/μs），由于長線電纜存在分布電感及分布電容，當(dāng)其波阻抗與電動機的等效阻抗不匹配，則在變頻器與負載電機之間的饋電電纜上可能發(fā)生電壓行波反射現(xiàn)象，形成過電壓；同時由于輸出電壓中包含有嚴重的諧波，在線路電纜中將引起高頻諧振，以上兩方面原因?qū)⒃斐呻娎|或電機的損壞，這在多篇論文中已經(jīng)進行了分析；本文將研究高頻諧振對變頻器的負面影響，詳細分析高頻諧振造成變頻器燒損的機理及解決問題的措施。……