晶闸管换相过压故障处理

1、晶闸管换相过压故障处理齐怀轩天津电气传动设计研究所 摘要：介绍了SIMADYN D交-交变频控制系统中晶闸管换相过压的故障及处理。关键词：晶闸管 换相过压 Trouble Shooting of Thyristor Switching Overvoltage Qi HuaixuanAbstract: This article mostly introduces troubleshooting of Thyristor switching overvoltage in SIMADYN D Cycloconverter-fed Drive.Keywords:thyristor switching

2、overvoltage 1 引言交流化是电气驱动今后的发展趋势，作为核心部分的交交变频也正朝者高性价比、多功能化、小型轻量化发展。莱钢则是其中的受益企业之一。莱钢是具有年产钢1000万t以上综合生产能力的特大型钢铁联合企业，是国家重点扶持的520家企业之一，是中国冶金行业首批通过ISO9002质量体系、ISO14001环境管理体系和OHS AS18001职业安全健康管理体系国家认证企业。莱钢还是中国最大的H型钢生产企业。作为全球第二大钢铁企业，目前也是国际上最大的H型钢生产商阿塞洛于2006年2月受让莱钢股份部分股权，与莱钢集团并列莱钢股份第一大股东。本文论述的问题发生于莱钢大H型钢现场调试过

3、程中遇到的问题。2 系统介绍主传动电动机为交-交变频交流专用同步电动机，采用全数字矢量控制交-交变频调速系统进行控制；交-交变频功率装置为三相无环流可逆式晶闸管变流器，主回路为Y连接的交流偏置式结构；引进西门子公司SIMADYN D全数字64位处理器组成的矢量控制交-交变频数字控制柜。具有控制精度高、响应快速、可靠性强及易于维护的优良品质。目前此项调速控制技术已相当成熟，在许多重要的冶金工业现场广泛应用。2.1 定子主回路采用1台5000 kV·A三裂解干式三相整流变压器，35 kV / 1150 V，短路阻抗6%，±5%抽头，接法为/-12。功率部分为3组晶闸管可逆三相全

4、控整流桥。晶闸管采用进口3.5英寸、4 kV(进口)元件，用2只晶闸管元件和1套热管风冷散热器构成直接反并联功率组件，采用强迫风冷。2.2 励磁回路采用1台220 kV·A干式三相整流变压器，10kV / 500 V，接法为/Y-11。功率部分为晶闸管三相全控单向整流桥，整流桥输出直接接到电动机励磁绕组。励磁装置晶闸管电压储备裕量3.2倍。2.3 数字控制系统采用西门子SIMADYN D交-交变频控制系统，编程软件为基于UNIX操作系统的STRUC G图形化软件。2.4 电动机部分采用同步电动机，其三相定子绕组接法为Y形，3套变流装置的正输出母线直接接至同步电动机三相定子绕组，负输出

5、母线短接在一起，构成Y形三相交-交变频变流器。2.5 晶闸管触发脉冲在交流偏置下，要求三相交-交变频变流装置任何时候至少有2个相的相反工作组的4个晶闸管同时导通，为此，晶闸管的触发脉冲必须采用大于30°和小于60°的宽脉冲。本系统触发脉冲采用宽度为36°。3 故障的产生和处理3.1 故障的产生在做定子一相整流柜空升压实验时(一套可逆三相全控整流桥，电阻负载)，释放正组脉冲，控制触发角度由150°逐步向前推移，用示波器看负载电流波形，发现5号桥臂位置波形幅值明显高于其他桥臂(几乎2倍)，由于先前脉冲检查正常，整流装置也做过出厂试验,遂一开始检查故障原因。3

6、.2 故障原因的查找和处理1）怀疑正组晶闸管有问题，试验反组桥，现象一样，可以推断晶闸管完好(正反组同时出故障几率很小)，排除此种可能。2）由于主回路整流变压器与调试的控制室相临，而且又是高压，每次合高压时，都能听到整流装置发出很大的“吭吭”声，所以怀疑合变压器时有磁场干扰。但旁边的两套系统配置相仿，而且变压器容量更大，都没有发生这样的现象，所以排除高压对系统干扰的可能性。3）工厂电网一般都不太好，波动较大，所以怀疑电网干扰。由于电压高在测量时需要接衰减板，测量主回路进线，电压波形正常，用万用表测量电压值，在允许范围之内，且三相较平衡，证明电网波动较小没有问题，排除电网干扰的可能性。4）可能的

7、外部原因一一排查，下一步应该考虑整流装置内部原因，由于整流装置均作过出厂实验测试，首先考虑应该没问题，所以起初想不到找内部原因。停电检查整流装置，终于发现正组3号晶闸管上并联阻容吸收的电容一端开焊。焊好，重试，故障排除。4 故障原因分析忽略反组，见图1，晶闸管在关断时其电流变化很大，会在变压器漏感中感应出较高电压，抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法。加上阻容后，当晶闸管关断时，变压器电流可通过RC续流，减小了di/dt，从而抑制过电压。电阻可阻尼LC振荡，并限制关断的晶闸管再导通时电容向晶闸管放电而产生的电流上升率di/dt2。图1 电阻负载不可逆三相全控整流桥晶闸

8、管存在载流子集蓄效应，由于变压器漏感和进线交流电感的作用，当3号管子准备关断，5号管子准备开放时，必然有一个过渡过程，此时3号管子两端产生一个反向过压，由于阻容断开，此过压无法吸收。同时C相电压高于B相电压，遂C, 5号管子,3号管子，B形成回路，三号管子上流过反向电流。此时在负载电阻上的电压为正常的UCA再叠加一个3号管子上未吸收的反压，从而导致5号管子位置波形幅值偏高。晶闸管有一个重要特性参数，即断态电压临界上升率dV / dt。它表明晶闸管在额定结温和门极断路条件下，使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。若电压上升率过大，超过了晶闸管的电压上升率的值，则会在无门极信号的情况下开通。即使

9、此时加于晶闸管的正向电压低于其阳极峰值电压，也可能发生这种情况。因为晶闸管可以看作是由3个PN结组成。在晶闸管处于阻断状态下，因各层相距很近，其J2结结面相当于一个电容C0。当晶闸管阳极电压变化时，便会有充电电流流过电容C0，并通过J3结，这个电流起了门极触发电流作用。如果晶闸管在关断时，阳极电压上升速度太快，则C0的充电电流越大，就有可能造成门极在没有触发信号的情况下，晶闸管误导通现象，即常说的硬开通，这是不允许的。因此，对加到晶闸管上的阳极电压上升率应有一定的限制。为了限制电路电压上升率过大，确保晶闸管安全运行，常在晶闸管两端并联RC阻容吸收，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。因为电路总是存在电感的(变压器漏感或负载电感)，所以与电容C串联电阻R可起阻尼作用，它可以防止R、L、C电路在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时，避免电容器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。由于晶闸管过流过压能力很差，如果不采取可靠的保护措施是不能正常工作的。RC阻容吸收就是常用的保护方法之一,不可缺少。5