硅堆失效快速判斷方法及應(yīng)用研究

梁曉紅 孔三喜

(平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 平頂山 467000)

硅堆失效快速判斷方法及應(yīng)用研究

梁曉紅 孔三喜

(平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 平頂山 467000)

對(duì)硅堆是否失效進(jìn)行快速判斷是一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)簡述一種快速判斷橋臂硅堆失效的方法，并舉例加以說明。應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，不僅可以提高工作效率，還為設(shè)備升級(jí)改造提供了技術(shù)支持。

硅堆；變流器；晶閘管；故障判斷

0 引言

在變流電路中，經(jīng)常使用硅堆。研發(fā)一種快速判斷硅堆是否失效的技術(shù)，不僅成為工作現(xiàn)場(chǎng)的迫切需求，也是設(shè)備科研單位研究的主要內(nèi)容之一。

1 判斷硅堆失效的難點(diǎn)

在大功率整流、逆變電路中，通常使用晶閘管、場(chǎng)效應(yīng)管作為基本的控制元件。三相整流和逆變電路大多采用上述元件組成的6個(gè)套件，俗稱“硅堆”。硅堆的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 硅堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在變流電路中我們經(jīng)常使用這種通過電容及電阻組合的部件，如圖2所示。圖中有晶閘管符號(hào)的方框表示由多個(gè)晶閘管串并聯(lián)組合而成的硅堆。

圖2 硅堆應(yīng)用舉例

在使用這種由硅堆組成的電氣設(shè)備時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)某個(gè)硅堆失效的故障。在直流提升機(jī)控制電路中，其勵(lì)磁和電樞兩部分用的硅堆有18個(gè)之多。由于設(shè)備中硅堆的數(shù)量較多，快速判斷具體的故障硅堆、提高工作效率就成為一個(gè)較為迫切的問題。

晶閘管是一個(gè)多PN結(jié)的元件，失去控制的晶閘管停機(jī)后電路的外在表現(xiàn)大多一致，往往為阻斷狀態(tài)，而有些被擊穿的晶閘管在設(shè)備停電后也能恢復(fù)為高阻狀態(tài)，這就為區(qū)別硅堆的好壞帶來了困難。

目前的檢測(cè)采用的是停機(jī)后逐個(gè)替換法，這種靜態(tài)測(cè)量阻值的方法有一個(gè)缺陷，即不能快速高效地區(qū)別故障硅堆，只能用逐個(gè)替換、反復(fù)通電試車的方法找出故障硅堆，造成維修替換的時(shí)間較長、重復(fù)工作量大、工作效率低下的局面。因此，研發(fā)出一種能快速判斷硅堆好壞的技術(shù)，已成為工作現(xiàn)場(chǎng)的迫切需求。就目前來看，硅堆故障判斷還沒有完全整合成一項(xiàng)專有技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)快速可靠的自動(dòng)檢測(cè)和判斷。

2 一種快速判斷硅堆失效的方法

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)過改進(jìn)，研發(fā)出一種設(shè)備帶電檢測(cè)方法，可以實(shí)現(xiàn)硅堆故障的快速判斷。

該方法如圖3所示，即在設(shè)備的一側(cè)加上可隨時(shí)轉(zhuǎn)換的真、假負(fù)載刀閘或臨時(shí)接線，在硅堆通電運(yùn)行的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量和判斷故障部件，原理是通過測(cè)量硅堆的陰、陽極電壓變化進(jìn)行判斷。也可在原有的負(fù)載下，在硅堆兩端加裝電壓測(cè)量裝置，通過PLC對(duì)測(cè)量值進(jìn)行比對(duì)，然后自動(dòng)測(cè)出和顯示故障硅堆。當(dāng)硅堆正常時(shí)，橋臂硅堆兩端的電壓隨給定電壓的變化而變化，橋臂各個(gè)硅堆兩端電壓基本一致，當(dāng)硅堆失效時(shí)，損壞的硅堆兩端電壓值與正常晶閘管兩端電壓值是不一樣的，通過對(duì)比就可快速找出故障部件。利用這一原理進(jìn)行判斷，能大大節(jié)省時(shí)間，提高工作效率。

圖3 假負(fù)載及橋臂電壓的測(cè)量

3 應(yīng)用實(shí)例

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，以提升機(jī)為例說明。如圖3所示，在晶閘管兩端臨時(shí)加入一個(gè)電壓表V1，在負(fù)載側(cè)加一個(gè)與整流電壓一致或略高于整流電壓的較大瓦數(shù)燈泡(通過白熾燈的串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)假負(fù)載)，作為電路的臨時(shí)負(fù)載。通過假負(fù)載的電流效應(yīng)使橋臂上的硅堆產(chǎn)生電壓，為測(cè)量數(shù)值的對(duì)比提供條件。

由于直流電動(dòng)機(jī)的電樞內(nèi)阻較小，假負(fù)載的估值用經(jīng)驗(yàn)估值，約為100 Ω，也可用測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)提升機(jī)電樞內(nèi)阻的辦法確定。使用白熾燈作為假負(fù)載的功率瓦數(shù)不能太低，功率瓦數(shù)越大則電阻值越小，估值約1 000 W。負(fù)載阻值的大小一般應(yīng)保證能有較大電流通過，滿足測(cè)量精度的要求，這樣可使故障硅堆和正常硅堆兩端的測(cè)量電壓差比較明顯，便于區(qū)分硅堆的好壞。

圖3中的V1電壓表，這里可在同等給定條件下用電壓傳感器分別測(cè)量6個(gè)硅堆端電壓，再分別輸入PLC進(jìn)行對(duì)比判斷。當(dāng)出現(xiàn)端電壓差別變化時(shí)，PLC經(jīng)過內(nèi)部程序的對(duì)比邏輯運(yùn)算，運(yùn)用硅堆地址對(duì)照表明確故障硅堆部件。采用PLC技術(shù)判斷故障不僅能實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的即時(shí)控制和信號(hào)輸出，如果配合設(shè)備安全閉鎖控制條件，還可以開發(fā)出能自動(dòng)指示硅堆故障和進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)備，此處不再具體說明。

工作現(xiàn)場(chǎng)也可用這一原理快速判斷故障硅堆。當(dāng)測(cè)到某硅堆兩端電壓值與相鄰橋臂上硅堆電壓有較大差別時(shí)，此處硅堆為故障硅堆。即利用橋臂各個(gè)硅堆兩端電壓基本一致的原理進(jìn)行故障硅堆判別。

缺臂帶電運(yùn)行是采用上述技術(shù)的前提條件。一些硅堆上加裝有快速熔斷器，其作用是防止橋臂上硅堆擊穿后造成的鄰相間交流短路。采用這一技術(shù)不僅可以明確判斷出故障硅堆，而且可為使用上述帶電測(cè)量方法提供一個(gè)可行的環(huán)境。圖3中橋臂上的電抗器作用即是如此。采用熔斷器熔斷信號(hào)指示，只能判斷擊穿類故障硅堆，對(duì)硅堆內(nèi)部觸發(fā)失效等開路故障還是不能快速判斷，該類故障硅堆仍然要用帶電檢測(cè)方法進(jìn)行判斷。

當(dāng)然，在進(jìn)行真、假負(fù)載轉(zhuǎn)換的過程中，要注意機(jī)械設(shè)備的安全操作要求。以提升機(jī)為例，其操作重點(diǎn)是應(yīng)防止“跑車”事故的發(fā)生。在假負(fù)載下進(jìn)行逐個(gè)測(cè)量時(shí)，首先要閉鎖盤形閘的油路，保證盤面處在抱閘位置；解鎖設(shè)備運(yùn)行的安全條件，順利啟動(dòng)設(shè)備；真、假負(fù)載轉(zhuǎn)換的電路中要設(shè)置可靠的油泵啟動(dòng)閉鎖開關(guān)，其開關(guān)(觸點(diǎn))要與轉(zhuǎn)換刀閘的位置同步動(dòng)作或先進(jìn)行操作等。

4 結(jié)語

本文所述的快速判斷橋臂硅堆失效的方法，在平煤集團(tuán)、平寶公司等單位使用后取得了較好效果，達(dá)到了快速判斷故障、提高工作效率的目的。該方法結(jié)合PLC故障檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，為遠(yuǎn)程故障判斷和顯示、控制智能化提供了技術(shù)支持，亦為設(shè)備改造升級(jí)提供了新的思路。

2014-06-20

梁曉紅(1978—)，女，河南洛陽人，工學(xué)碩士，講師，主要從事機(jī)電一體化專業(yè)的教學(xué)和研究工作。