تجزیه و تحلیل علل خرابی مبدل فرکانس در یک کشتی خاص

مبدل فرکانس یک کشتی خاص در حین ناوبری دچار مشکل شده و از کار افتاده و باعث از بین رفتن قدرت کشتی می شود. بر اساس علائم خطا، اطلاعات و اجزای آسیب دیده، تجزیه و تحلیل درخت خطا برای یافتن راه حل، رفع خطا و بازیابی برق انجام شد.

سیستم نیروی محرکه الکتریکی ارتباطی امروزه جریان اصلی پیشرانه الکتریکی کشتی ها با اشکال مختلف است.

یک کشتی خاص دو مجموعه از سیستم‌های محرکه AC از نوع «مبدل‌های فرکانس AC-DC-AC+موتورهای سنکرون AC» استفاده می‌کند. مبدل فرکانس نقش پل را در تبدیل توان این پیشرانه ایفا می کند و از تجهیزات کلیدی پیشرانه الکتریکی است. هنگامی که یک خطا رخ می دهد، باعث از دست دادن قدرت کشتی می شود.

بنابراین نحوه عیب یابی و رفع عیوب مبدل فرکانس موضوع مهمی برای اطمینان از عملکرد طبیعی این نوع پیشرانه است. در این مقاله فرآیند حل ایراد در مبدل فرکانس پیشرانه الکتریکی کشتی توضیح داده شده است.

پدیده گسل

مدار اصلی مبدل فرکانس یک کشتی خاص از ساختار توپولوژی AC-DC-AC استفاده می کند. ورودی دو مجموعه برق AC سه فاز 690 ولت 50 هرتز است که از طریق یکسوسازی کنترل نشده به برق DC تبدیل می شود و سپس از طریق فیلتر اینورتر و خروجی به برق AC سه فاز مورد نیاز بار تبدیل می شود.

در طول آزمایش ناوبری سیستم نیروی محرکه الکتریکی کشتی، در طول انتقال از دو موتور به سه شرایط کاری به دو موتور به یک آزمایش شرایط کاری:

مبدل فرکانس پیشرانه سمت چپ پس از چند دقیقه کارکردن در شرایط کارکرد دوگانه موتور، صدای عجیبی ایجاد کرد و قسمت پایین کابینت اینورتر صدایی ایجاد کرد و دود سیاهی از درگاه تهویه خارج شد. مبدل فرکانس از کار افتاد و متوقف شد و مدار قطع کننده سیستم پیشرانه اصلی قطع شد.

در آزمایش ناوبری تک محور سه، صدایی در وسط کابینت اینورتر مبدل فرکانس پیشرانه سمت راست رخ داد و دود سیاه از درگاه تهویه خارج شد. مبدل فرکانس از کار افتاد و متوقف شد و مدارشکن سیستم پیشرانه اصلی قطع شد.

2) اطلاعات خطا

پانل کنترل متمرکز عیوب و اطلاعات هشداری را که به طور متوالی در حین خاموش شدن خطا رخ داده بودند، ثبت کرد:

① مبدل فرکانس چپ

قطع کننده مدار پیشرانه غیرعادی; حفاظت سخت افزار کنترلر؛ خطای واحد اینورتر C2; خرابی کلید اصلی

② مبدل فرکانس سمت راست

حفاظت سخت افزار کنترلر؛ خطا در واحدهای اینورتر B1، B2 و A2. خرابی برق و خرابی واحد خنک کننده آب را کنترل کنید.

③ اطلاعات خطا مبدل فرکانس سمت چپ که در بالا ذکر شد نشان می دهد که

جریان بیش از حد در قطع کننده مدار پیشرانه سمت چپ باعث حفاظت از قطع شدن بیش از حد جریان می شود. و کلید فشاری سمت راست به طور معمول بدون هیچ پدیده اضافه جریان باز شد.

نقص قطعات آسیب دیده

مبدل فرکانس را جدا کنید و اجزای آسیب دیده به شرح زیر است:

مبدل فرکانس چپ:

IGBT فاز C2 آسیب دیده است و برخی از پوسته های خازن پشتیبانی DC آسیب دیده و تغییر شکل داده اند. پایانه های خازن بافر به شدت آسیب دیده اند و پایانه های باس DC متصل به خازن بافر ذوب می شوند. شینه انباشته فاز C آسیب دیده است. سایر اجزای فاز نرمال هستند و وضعیت سخت افزار و نرم افزار کنترل نرمال است.

مبدل فرکانس سمت راست

برد رابط راننده IGBT فاز A2 از بین می رود. شینه اینورتر مشترک B1 و B2 و شینه اینورتر مشترک A1 و A2 آسیب دیده اند. سایر اجزای فاز نرمال هستند و وضعیت سخت افزار و نرم افزار کنترل نرمال است.

تجزیه و تحلیل علت مبدل فرکانس چپ

① جداسازی قطعات در محل نشان داد:

پایه های CE خازن بافر فاز C2 دارای پدیده سوزاندن هستند، اما ظرفیت داخلی و دیودهای سری خازن بافر دست نخورده هستند، که نشان می دهد جریان اتصال کوتاه از میان پایه های خارجی خازن بافر در لحظه خطا عبور می کند. بدون عبور از ظرفیت داخلی خازن بافر. بر این اساس می توان تشخیص داد که در لحظه خطا، یک پدیده اتصال کوتاه بین پایه های خارجی خازن بافر وجود دارد.

خازن نگهدارنده جزء اینورتر فاز C2 آسیب دیده و تغییر شکل داده است که نشان می دهد یک دوره کوتاه تخلیه جریان بالا رخ داده است و گرمای بیش از حد انباشته شده در مدت زمان کوتاهی منجر به تغییر شکل پوسته خازن نگهدارنده شده است.

پوشش IGBT فاز C2 کمی آسیب دیده است، که نشان می دهد انرژی اتصال کوتاه در مقادیر زیادی در داخل ماژول IGBT آزاد نشده است.

② از اطلاعات خطای مدار شکن می توان تشخیص داد که:

در طول خطا، جریان اضافه در سمت ورودی ترانسفورماتور رخ داد که باعث قطع شدن مدار قطع شد. حفاظت سخت افزاری کنترل کننده نشان دهنده وقوع اضافه ولتاژ در سمت DC داخلی است.

اتصال ترمینال بین شینه انباشته و IGBT فاز C2 در واحد اینورتر فاز C به شدت فرسایش یافته است، که نشان دهنده اتصال کوتاه و همراه با تخلیه با انرژی بالا است.

③ در حین کار تجهیزات، به دلیل بهم خوردن مسیر باد داخلی و تکان دادن کشتی، ناخالصی های رسانا موجود در کابینت قبل از خطا روی پین های خازن بافر فاز C2 همپوشانی داشته و منجر به اتصال کوتاه می شود. پین های خازن بافر؛

خطای اتصال کوتاه ابتدا در قسمت خارجی ماژول IGBT در مجاورت باسبار انباشته رخ می دهد. پس از اتصال کوتاه، باعث تخلیه اتصال کوتاه طولانی صدها میلی ثانیه می شود که یک قوس بین پایه های خازن بافر ایجاد می کند. جریان زیاد باعث می‌شود که کلید مدار ورودی به طور فعال محافظت و قطع شود، و انرژی ورودی در سمت ورودی قطع می‌شود و باعث می‌شود انرژی جریان بین پایه‌های خازن بافر به سرعت کاهش یابد.

هنگامی که انرژی تخلیه خازن پشتیبان برای حفظ قوس کافی نباشد، قوس الکتریکی خاموش می شود. در لحظه خاموش شدن قوس، ولتاژ بالایی بین پایه‌های خازن بافر ایجاد می‌شود که باعث می‌شود اضافه ولتاژ فاز C2 IGBT شکسته و از آن عبور کند. انرژی تخلیه باقیمانده خازن پشتیبان از طریق ماژول IGBT جریان می یابد و باعث می شود فاز C2 IGBT بیش از حد گرم شود و منفجر شود.

پس از پیشرفت سیم‌کشی سیستم، اقدامات حفاظتی مبدل فرکانس رعایت نشد و بازرسی‌ها و کار تمیز کردن مربوطه قبل از آزمایش انجام نشد. ناخالصی‌های رسانا وارد مبدل فرکانس شده و ناخالصی‌های رسانا بین پایانه‌های مثبت و منفی DC همپوشانی پیدا کرده و یک قوس اتصال کوتاه ایجاد کرده و اضافه ولتاژ ایجاد می‌کند. اضافه ولتاژ باعث از بین رفتن IGBT متصل به موازات بین پایانه های مثبت و منفی می شود و باعث می شود IGBT مستقیماً از آن عبور کند و باعث آسیب IGBT شود.

(2) تجزیه و تحلیل علل مبدل فرکانس مناسب

① جداسازی قطعات در محل نشان داد:

فاز B1 IGBT به شدت آسیب دیده است، که نشان می دهد جریان زیادی از ماژول IGBT در طول فرآیند خطا عبور کرده است و انرژی بالای انباشته شده در مدت زمان کوتاهی باعث انفجار و آسیب دیدن IGBT شده است.

درایور IGBT فاز A-2 جدا شد و در مقایسه با فاز B1 آسیب جدی ندید، که نشان می‌دهد انرژی جریان یافته از فاز A2 IGBT در طول فرآیند خطا، کمتر از IGBT فاز B1 است.

فاز B2 IGBT تقریباً آسیب ندیده است، اما پارامترهای داخلی IGBT غیرعادی هستند، که نشان می‌دهد انرژی زیادی در فاز B2 IGBT در طول خطا جریان ندارد.

از تجزیه و تحلیل اطلاعات خطا:

حفاظت سخت افزاری کنترل کننده نشان دهنده وقوع اضافه ولتاژ در سمت DC داخلی است.

در داخل IGBT فاز B1 سوختگی شدید وجود دارد و ترمینال باس DC متصل به آن ذوب شده است که نشان می دهد قسمت سوخته IGBT در لحظه ایراد است و اتصال کوتاه رخ می دهد. جریان اتصال کوتاه از طریق پایانه اتصال IGBT و اتوبوس در مدت زمان کوتاهی جریان می یابد و مقدار زیادی گرما را جمع می کند و باعث انفجار فاز B1 IGBT می شود.

انفجار IGBT فاز B1 باعث افتادن برد رابط راننده فاز A2 IGBT شد و باعث آسیب بیشتر به IGBT فاز A2 شد.

به دلیل اتصال IGBT فاز B2 و IGBT فاز B1 به مدار اصلی از طریق یک شینه انباشته شده، فاز B1 IGBT منفجر شد و باعث آسیب به IGBT فاز B2 شد.

در حین کار تجهیزات نیروی محرکه الکتریکی، مسیر باد داخلی و نوسان کشتی تجهیزات باعث می شود که ناخالصی های رسانا در کابینت در پایانه های مثبت و منفی فاز B1 IGBT DC همپوشانی داشته باشند و باعث اتصال کوتاه مدار شوند. در لحظه اتصال کوتاه، یک قوس با انرژی بالا بین پایانه‌های IGBT DC فاز B1 ایجاد می‌شود که ناخالصی‌های رسانا را ذوب می‌کند، شکاف الکتریکی پایانه‌های DC را افزایش می‌دهد و قوس را خاموش می‌کند.

در لحظه خاموش شدن، ولتاژ بالایی بین نقاط اتصال کوتاه ایجاد می‌شود که باعث می‌شود فاز B1 IGBT شکسته و از آن عبور کند. انرژی ورودی در سمت ورودی AC و انرژی ذخیره شده در خازن پشتیبان همگی از طریق IGBT آزاد می شود و باعث می شود فاز B1 منفجر شود و آسیب ببیند. موج ضربه ای انفجار باعث می شود که برد درایور فاز A2 IGBT که مستقیماً در بالا قرار دارد می افتد و باعث می شود که قادر به کنترل هدایت عادی و خاموش شدن IGBT فاز A2 نباشد. گیت در حالت از دست دادن کنترل است و الکتریسیته ساکن تا حد معینی جمع می شود و باعث هدایت IGBT می شود. انرژی باقی مانده در سمت DC از طریق فاز A2 IGBT جریان می یابد و باعث آسیب دیدن آن می شود.

ولتاژ قوس تولید شده توسط ترمینال DC فاز B1 IGBT با ترمینال DC فاز B2 IGBT از طریق شینه انباشته تداخل می کند و باعث آسیب به IGBT فاز B2 می شود.

اقدامات رسیدگی به خطا

بر اساس تجزیه و تحلیل علت نقص، اقدامات اصلاحی مربوطه زیر انجام خواهد شد:

(1) اجزای اینورتر آسیب دیده را تعویض کنید. سایر اجزا و اجزای مدار اصلی، به خصوص سطح IGBT و سیم کشی مربوطه را کاملاً تمیز کنید. تمام کانکتورها و پایانه های سیم کشی را برای تایید سفت و بازرسی کنید. بررسی های استاتیک و وضعیت را بر روی مبدل فرکانس بازیابی شده انجام دهید، و با توجه به فرآیند روشن شدن استاتیک، با حفظ سوابق مربوطه، تأیید کنید.

(2) بازنگری بیشتر و بهبود "فناوری ساخت و ساز برای حفاظت از تجهیزات سیستم جامع نیروی محرکه الکتریکی"، انجام کار خوب در حفاظت و تمیز کردن تجهیزات نیروی محرکه الکتریکی، نظارت به موقع و همکاری فعال با سازندگان برای انجام بازرسی های جامع سیم کشی ، نگهداری و تمیز کردن تجهیزات نیروی محرکه الکتریکی برای اطمینان از تست ایمن و روان.

(3) پس از تکمیل اصلاح، آزمایش‌های مختلف شرایط کاری برای تک محور و دو محور انجام شد و نتایج آزمایش الزامات طرح و کتاب آزمون را برآورده کرد.

5. نتیجه گیری

عیب یابی مبدل فرکانس و بازیابی برق بیانگر درستی روش تحلیل و فرآیند رسیدگی در این مقاله است.

تعمیر و نگهداری روزانه تجهیزات الکتریکی یک حلقه مهم برای اطمینان از عملکرد عادی آن است و هرگونه سهل انگاری ممکن است باعث خرابی تجهیزات و در نتیجه عواقب جدی شود.