CN101672887B - 大功率晶闸管变流组件性能的预防检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率晶闸管变流组件性能的预防检测方法，本方法测量组件阻容元件值并与标称值比较；测量晶闸管的正、反向门极电阻并应一致；测量晶闸管阳极、阴极间电阻并应为无穷大；测量晶闸管阳极和阴极间的正、反向漏电流，其值应小于5mA；测量脉冲放大模块第一控制端控制电流、电压和电源输入端电流，其分别应为20mA、5-7伏和680-750mA；测量晶闸管导通时的电压、电流值，其分别应为2-3伏和1-10A；测量晶闸管门极的最小触发电压，其值应为1-4伏；测量晶闸管的擎住电流值，其值应小于1A；测量晶闸管导通后的维持电流值，其值应不大于25％的擎住电流。应用本方法可实时掌握晶闸管变流组件的性能特性，降低晶闸管变流组件的在线故障率，确保设备的正常运行。

Description

大功率晶闸管变流组件性能的预防检测方法

技术领域

本发明涉及一种应用于设备电能转换的大功率晶闸管变流组件性能的预防检测方法。 

背景技术

随着半导体技术的不断发展，大功率电力电子器件在各行业得到广泛的应用。尤其在大型冷、热轧钢设备上大量采用了晶闸管变流组件以实现电能的转换，从而方便、优越地实现设备的控制功能，达到设备设计的各项功能。但是随着设备投产运行时间的增加，晶闸管变流组件中元器件老化，尤其晶闸管老化，出现一定程度的劣化现象，严重影响设备的正常运行。目前对生产现场使用的晶闸管变流组件特性尚无一整套完整适用的性能检测方法，对晶闸管变流组件参数在使用过程中的一些变化，不能及时准确地掌握；对严重劣化的晶闸管变流组件不能在停机定修过程中及时更换，造成设备在生产过程中故障停机，这对作为连续生产的冷、热连轧设备来讲，无疑其损失是很大的。 

由于对生产现场使用的晶闸管变流组件特性尚无一整套完整适用的性能检测方法，在晶闸管变流组件出现故障或损坏后采用停机后更换损坏的晶闸管变流组件。在某些较先进的设备中，增加了一些保护环节，如对桥臂电流检测，当检测得知某晶闸管未导通后即指令停机，采用上述被动的检修维护方式将严重影响在线设备的连续生产，从而扩大了所受的损失。 

为此，依据晶闸管变流组件的工作原理，研制晶闸管变流组件性能的预防检测方法，以实时掌握晶闸管变流组件的性能特性，降低晶闸管变流组件的在线故障率，确保在线设备的正常运行，是当前十分重要的问题。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于设备电能转换的大功率晶闸 管变流组件性能的预防检测方法，应用本方法可实时掌握晶闸管变流组件的性能特性，降低晶闸管变流组件的在线故障率，确保在线设备的正常运行。 

为解决上述技术问题，本发明大功率晶闸管变流组件性能的预防检测方法，大功率晶闸管变流组件包括电源及脉冲产生模块、脉冲功率放大模块、晶闸管模块和阻容吸收模块，所述脉冲功率放大模块设有接地端、第一控制端、第二控制端、电源输入端和第二、第五、第六、第七输出端，所述电源及脉冲产生模块的输出端分别连接所述脉冲功率放大模块的接地端、第一控制端、第二控制端和电源输入端，所述晶闸管模块包括第一和第二晶闸管，所述第一晶闸管的阳极与所述第二晶闸管的阴极连接并连至所述脉冲功率放大模块的第五输出端，所述第一晶闸管的阴极与所述第二晶闸管的阳极连接并连至所述脉冲功率放大模块的第七输出端，所述第一晶闸管的门极连接所述脉冲功率放大模块的第六输出端，所述第二晶闸管的门极连接所述脉冲功率放大模块的第二输出端，所述阻容吸收模块包括电容、电感、第一电阻和第二电阻，所述电容与所述第一电阻并联后与所述电感和第二电阻串联，所述阻容吸收模块的两端分别连接所述脉冲功率放大模块的第五和第七输出端，本方法包括如下步骤： 

步骤一、使用万用表分别测量所述第一晶闸管和第二晶闸管的正、反向门极电阻，将万用表置于电阻测量档，分别将万用表的正、负测试棒连接第一晶闸管和第二晶闸管的门极和阴极，以测量并记录所述第一晶闸管和第二晶闸管的正、反向门极电阻，将第一晶闸管的正、反向门极电阻与第二晶闸管的正、反向门极电阻进行比较，其阻值应对称相等； 

步骤二、拆除所述阻容吸收模块中所述电容、电感、第一电阻和第二电阻间的连线，使用万用表分别测量所述电容、第一电阻和第二电阻的值并与标称值进行比较，其误差值应在±2％之内，使用万用表测量所述电感，所述电感应导通； 

步骤三、断开所述晶闸管模块与所述阻容吸收模块和脉冲功率放大模块的连线，使用万用表10K电阻档测量所述第一晶闸管和第二晶闸管阳极和阴极间的正、反向电阻，其阻值应为无穷大； 

步骤四、断开所述晶闸管模块与所述阻容吸收模块和脉冲功率放大模块的连线，断开所述第一晶闸管和第二晶闸管阳极和阴极间的连线，使用直流电压发生器测量所述第一晶闸管和第二晶闸管阳极和阴极间的漏电流，将直流电压发生器的正、负端分别连接所述第一晶闸管和第二晶闸管的阳极和阴极，并在测量回路中串接一直流电流表，直流电压发生器施加的电压为所述第一晶闸管和第二晶闸管标称电压的60-100％，测量并记录所述第一晶闸管阳极和阴极间的正、反向漏电流及第二晶闸管阳极和阴极间的正、反向漏电流，其值应小于5mA； 

步骤五、测量所述脉冲放大模块第一控制端控制电流、控制电压和电源输入端电流，断开所述脉冲放大模块与所述电源及脉冲产生模块的连线并连接所述晶闸管模块和阻容吸收模块的连线，所述脉冲放大模块的接地端和电源输入端连接24伏直流电源并在回路中串接第一电流表和第一开关，所述脉冲放大模块的接地端和第一控制端连接-12伏模拟脉冲信号并在回路中并联电压表、串接第二电流表和第二开关，调整-12伏模拟脉冲信号的电流至20mA，读取并记录第一电流表和电压表的值，此时第一电流表的值应为680-750mA，电压表的值应为5-7伏，断开第二开关，读取并记录电压表的值，此时电压表的值应为15伏； 

步骤六、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管导通时的电压、电流值，断开大功率晶闸管变流组件的电源及脉冲产生模块和阻容吸收模块的连线，所述脉冲放大模块的接地端和电源输入端连接24伏直流电源并在回路中串接第一电流表和第一开关，所述脉冲放大模块的接地端和第一控制端连接15伏至6伏的负阶跃信号并在回路中并联第一电压表、串接第二电流表和第二开关，在所述第一晶闸管和第二晶闸管的阳极和阴极间连接30伏电源并在回路中串接第三电流表和模拟负载及并联第二电压表，在第一开关和第二开关闭合时，第三电压表读数应为30伏，在断开第二开关时，第三电压表读数应为2-3伏，第三电流表的读数应为1-10A； 

步骤七、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管的门极最小触发电压，断开所述晶闸管模块与所述脉冲放大模块和阻容吸收模块的连线，所述第一晶闸管和第二晶闸管的阳极和阴极间施加直流30伏电压并在回路中串接负载电阻和电流表，所述第一晶闸管和第二晶闸管的门极和阴极间施加一可调直流电压，调节可调直流电压值使所述第一晶闸管和第二晶闸管导通，记录该电压值即为所述第一晶闸管和第二晶闸管的门极最小触发电压，其值应为1-4伏； 

步骤八、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管的擎住电流值，在上述步骤七的基础上，撤销施加于所述第一晶闸管和第二晶闸管门极和阴极间的电压，调整负载电阻，使所述第一晶闸管和第二晶闸管关断，读取并记录所述第一晶闸管和第二晶闸管关断前的阳极电流值，即擎住电流值，其值应小于1A； 

步骤九、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管导通后的维持电流值，在上述步骤六的基础上，调整负载电阻，使所述第一晶闸管和第二晶闸管导通电流逐渐减少，直至所述第一晶闸管和第二晶闸管关断，读取并记录所述第一晶闸管和第二晶闸管关断前的阳极电流，即维持电流值，其值应不大于25％的擎住电流。 

由于本发明大功率晶闸管变流组件性能的预防检测方法采用了上述技术方案，即针对大功率晶闸管变流组件的特性，测量组件阻容元件的实际值并与标称值比较，测量晶闸管的正、反向门极电阻并应一致，测量晶闸管阳极、阴极间电阻并应为无穷大，测量晶闸管阳极和阴极间的正、反向漏电流，其值应小于5mA，测量脉冲放大模块第一控制端控制电流、控制电压和电源输入端电流，其分别应为20mA、5-7伏和680-750mA，测量晶闸管导通时的电压、电流值，导通电压应为2-3伏，导通电流应为1-10A，测量晶闸管门极的最小触发电压，其值应为1-4伏，测量晶闸管的擎住电流值，其值应小于1A，测量晶闸管导通后的维持电流值，其值应不大于25％的擎住电流；通过上述的测量判断，以掌握大功率晶闸管变流组件的性能，保障了设备机组的正常运行，应用本方法可实时掌握晶闸管变流组件的性能特性，降低晶闸管变流组件的在线故障率，确保在线设备的正常运行。 

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明： 

图1为本发明大功率晶闸管变流组件的原理示意图， 

图2为本发明测量脉冲放大模块第一控制端控制电流、电压和电源输入端电流的接线示意图， 

图3为本发明测量第一晶闸管和第二晶闸管导通时电压、电流值的接线示 意图。 

具体实施方式

本发明通过对大容量多并联的主传动系统中大量晶闸管变流组件的解剖、测试和比对试验，引入晶闸管擎住电流值参数，当给晶闸管阳极与阴极间加上某一规定的正向直流电压时，能使晶闸管触发导通的门极最小触发电压和电流称之为该晶闸管的触发电压和电流。在实际应用时，晶闸管的触发电压和电流由脉冲功率放大模块提供，其触发功率是设计好的，现场不能调整，在此条件下，各晶闸管组件能否满足正常工作的要求，需要用一个参量去判断，这就是擎住电流值。擎住电流的定义为晶闸管从断态转换到通态就立即撤除触发信号后，要保持其继续导通所需的最小阳极电流。该参数的差异性直接影响组件触发导通的一致性，从而造成导通与未导通组件之间电流分配不均匀，从而引起并联回路当中的某些变流组件过载损坏或系统发生警告而停机。因此擎住电流是晶闸管元件的一个重要参数，其直接关系到各并联组件中晶闸管导通的一致性。 

本发明大功率晶闸管变流组件性能的预防检测方法，如图1所示，大功率晶闸管变流组件包括电源及脉冲产生模块14、脉冲功率放大模块15、晶闸管模块16和阻容吸收模块17，所述脉冲功率放大模块15设有接地端1、第一控制端4、第二控制端10、电源输入端13和第二输出端2、第五输出端5、第六输出端6、第七输出端7，所述电源及脉冲产生模块14的输出端分别连接所述脉冲功率放大模块15的接地端1、第一控制端4、第二控制端10和电源输入端13，所述晶闸管模块16包括第一晶闸管V1和第二晶闸管V2，所述第一晶闸管V1的阳极A1与所述第二晶闸管V2的阴极G2连接并连至所述脉冲功率放大模块15的第五输出端5，所述第一晶闸管V1的阴极G1与所述第二晶闸管V2的阳极A2连接并连至所述脉冲功率放大模块15的第七输出端7，所述第一晶闸管V1的门极K1连接所述脉冲功率放大模块15的第六输出端6，所述第二晶闸管V2的门极K2连接所述脉冲功率放大模块15的第二输出端2，所述阻容吸收模块17包括电容C、电感L、第一电阻R1和第二电阻R2，所述电容C与所述第一电阻R1并联后与所述电感L和第二电阻R2串联，所述阻容吸收模块 17的两端分别连接所述脉冲功率放大模块15的第五输出端5和第七输出端7，本方法包括如下步骤： 

步骤一、使用万用表分别测量所述第一晶闸管和第二晶闸管的正、反向门极电阻，将万用表置于电阻测量档，分别将万用表的正、负测试棒连接第一晶闸管和第二晶闸管的门极和阴极，以测量并记录所述第一晶闸管和第二晶闸管的正、反向门极电阻，将第一晶闸管的正、反向门极电阻与第二晶闸管的正、反向门极电阻进行比较，其阻值应对称相等； 

步骤二、拆除所述阻容吸收模块中所述电容、电感、第一电阻和第二电阻间的连线，使用万用表分别测量所述电容、第一电阻和第二电阻的值并与标称值进行比较，其误差值应在±2％之内，使用万用表测量所述电感，所述电感应导通； 

步骤三、断开所述晶闸管模块与所述阻容吸收模块和脉冲功率放大模块的连线，使用万用表10K电阻档测量所述第一晶闸管和第二晶闸管阳极和阴极间的正、反向电阻，其阻值应为无穷大； 

步骤四、断开所述晶闸管模块与所述阻容吸收模块和脉冲功率放大模块的连线，断开所述第一晶闸管和第二晶闸管阳极和阴极间的连线，使用直流电压发生器测量所述第一晶闸管和第二晶闸管阳极和阴极间的漏电流，将直流电压发生器的正、负端分别连接所述第一晶闸管和第二晶闸管的阳极和阴极，并在测量回路中串接一直流电流表，直流电压发生器施加的电压为所述第一晶闸管和第二晶闸管标称电压的60－100％，测量并记录所述第一晶闸管阳极和阴极间的正、反向漏电流及第二晶闸管阳极和阴极间的正、反向漏电流，其值应小于5mA； 

步骤五、测量所述脉冲放大模块第一控制端控制电流、控制电压和电源输入端电流，断开所述脉冲放大模块与所述电源及脉冲产生模块的连线并连接所述晶闸管模块和阻容吸收模块的连线，如图2所示，所述脉冲放大模块15的接地端1和电源输入端13连接24伏直流电源V3并在回路中串接第一电流表A3和第一开关SW1，所述脉冲放大模块15的接地端1和第一控制端4连接-12伏模拟脉冲信号V4并在回路中并联电压表V、串接第二电流表A4和第二开关SW2，调整-12伏模拟脉冲信号V4的电流至20mA，读取并记录第一电流表A3和电压表V的值，此时第一电流表A3的值应为680-750mA，电压表V的值应为5-7伏，断开第二开关SW2，读取并记录电压表V的值，此时电压表V的值应为15伏； 

步骤六、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管导通时的电压、电流值，断开大功率晶闸管变流组件的电源及脉冲产生模块和阻容吸收模块的连线，如图3所示，所述脉冲放大模块15的接地端1和电源输入端13连接24伏直流电源V3并在回路中串接第一电流表A3和第一开关SW1，所述脉冲放大模块15的接地端1和第一控制端4连接15伏至6伏的负阶跃信号V5并在回路中并联第一电压表V、串接第二电流表A4和第二开关SW2，在所述第一晶闸管V1和第二晶闸管V2的阳极和阴极间连接30伏电源V6并在回路中串接第三电流表A5和模拟负载R及并联第二电压表V7，在第一开关SW1和第二开关SW2闭合时，第三电压表V7读数应为30伏，在断开第二开关SW2时，第三电压表V7读数应为2-3伏，第三电流表A5的读数应为1-10A； 

步骤七、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管的门极最小触发电压，断开所述晶闸管模块与所述脉冲放大模块和阻容吸收模块的连线，所述第一晶闸管和第二晶闸管的阳极和阴极间施加直流30伏电压并在回路中串接负载电阻和电流表，所述第一晶闸管和第二晶闸管的门极和阴极间施加一可调直流电压，调节可调直流电压值使所述第一晶闸管和第二晶闸管导通，记录该电压值即为所述第一晶闸管和第二晶闸管的门极最小触发电压，其值应为1-4伏； 

步骤八、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管的擎住电流值，在上述步骤七的基础上，撤销施加于所述第一晶闸管和第二晶闸管门极和阴极间的电压，调整负载电阻，使所述第一晶闸管和第二晶闸管关断，读取并记录所述第一晶闸管和第二晶闸管关断前的阳极电流值，即擎住电流值，其值应小于1A； 

步骤九、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管导通后的维持电流值，在上述步骤六的基础上，调整负载电阻，使所述第一晶闸管和第二晶闸管导通电流逐渐减少，直至所述第一晶闸管和第二晶闸管关断，读取并记录所述第一晶闸管和第二晶闸管关断前的阳极电流，即维持电流值，其值应不大于25％的擎住电流。 

本发明大功率晶闸管变流组件性能的预防检测方法针对大功率晶闸管变流 组件的特性，测量组件阻容元件的实际值并与标称值比较，测量晶闸管的正、反向门极电阻并应一致，测量晶闸管阳极、阴极间电阻并应为无穷大，测量晶闸管阳极和阴极间的正、反向漏电流，其值应小于5mA，测量脉冲放大模块第一控制端控制电流、控制电压和电源输入端电流，其分别应为20mA、5-7伏和680-750mA，测量晶闸管导通时的电压、电流值，导通电压应为2-3伏，导通电流应为1-10A，测量晶闸管门极的最小触发电压，其值应为1-4伏，测量晶闸管的擎住电流值，其值应小于1A，测量晶闸管导通后的维持电流值，其值应不大于25％的擎住电流；通过上述的测量判断，以掌握大功率晶闸管变流组件的性能，保障了设备机组的正常运行，应用本方法可实时掌握晶闸管变流组件的性能特性，降低晶闸管变流组件的在线故障率，确保在线设备的正常运行。

Claims (1)

1.一种大功率晶闸管变流组件性能的预防检测方法，大功率晶闸管变流组件包括电源及脉冲产生模块、脉冲功率放大模块、晶闸管模块和阻容吸收模块，所述脉冲功率放大模块设有接地端、第一控制端、第二控制端、电源输入端和第二、第五、第六、第七输出端，所述电源及脉冲产生模块的输出端分别连接所述脉冲功率放大模块的接地端、第一控制端、第二控制端和电源输入端，所述晶闸管模块包括第一和第二晶闸管，所述第一晶闸管的阳极与所述第二晶闸管的阴极连接并连至所述脉冲功率放大模块的第五输出端，所述第一晶闸管的阴极与所述第二晶闸管的阳极连接并连至所述脉冲功率放大模块的第七输出端，所述第一晶闸管的门极连接所述脉冲功率放大模块的第六输出端，所述第二晶闸管的门极连接所述脉冲功率放大模块的第二输出端，所述阻容吸收模块包括电容、电感、第一电阻和第二电阻，所述电容与所述第一电阻并联后与所述电感和第二电阻串联，所述阻容吸收模块的两端分别连接所述脉冲功率放大模块的第五和第七输出端，其特征在于，本方法包括如下步骤：

步骤一、使用万用表分别测量所述第一晶闸管和第二晶闸管的正、反向门极电阻，将万用表置于电阻测量档，分别将万用表的正、负测试棒连接第一晶闸管和第二晶闸管的门极和阴极，以测量并记录所述第一晶闸管和第二晶闸管的正、反向门极电阻，将第一晶闸管的正、反向门极电阻与第二晶闸管的正、反向门极电阻进行比较，其阻值应对称相等；

步骤二、拆除所述阻容吸收模块中所述电容、电感、第一电阻和第二电阻间的连线，使用万用表分别测量所述电容、第一电阻和第二电阻的值并与标称值进行比较，其误差值应在±2％之内，使用万用表测量所述电感，所述电感应导通；

步骤三、断开所述晶闸管模块与所述阻容吸收模块和脉冲功率放大模块的连线，使用万用表10K电阻档测量所述第一晶闸管和第二晶闸管阳极和阴极间的正、反向电阻，其阻值应为无穷大；

步骤四、断开所述晶闸管模块与所述阻容吸收模块和脉冲功率放大模块的连线，断开所述第一晶闸管和第二晶闸管阳极和阴极间的连线，使用直流电压发生器测量所述第一晶闸管和第二晶闸管阳极和阴极间的漏电流，将直流电压发生器的正、负端分别连接所述第一晶闸管和第二晶闸管的阳极和阴极，并在测量回路中串接一直流电流表，直流电压发生器施加的电压为所述第一晶闸管和第二晶闸管标称电压的60-100％，测量并记录所述第一晶闸管阳极和阴极间的正、反向漏电流及第二晶闸管阳极和阴极间的正、反向漏电流，其值应小于5mA；

步骤五、测量所述脉冲放大模块第一控制端控制电流、控制电压和电源输入端电流，断开所述脉冲放大模块与所述电源及脉冲产生模块的连线并连接所述晶闸管模块和阻容吸收模块的连线，所述脉冲放大模块的接地端和电源输入端连接24伏直流电源并在回路中串接第一电流表和第一开关，所述脉冲放大模块的接地端和第一控制端连接-12伏模拟脉冲信号并在回路中并联电压表、串接第二电流表和第二开关，调整-12伏模拟脉冲信号的电流至20mA，读取并记录第一电流表和电压表的值，此时第一电流表的值应为680-750mA，电压表的值应为5-7伏，断开第二开关，读取并记录电压表的值，此时电压表的值应为15伏；

步骤六、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管导通时的电压、电流值，断开大功率晶闸管变流组件的电源及脉冲产生模块和阻容吸收模块的连线，所述脉冲放大模块的接地端和电源输入端连接24伏直流电源并在回路中串接第一电流表和第一开关，所述脉冲放大模块的接地端和第一控制端连接15伏至6伏的负阶跃信号并在回路中并联第一电压表、串接第二电流表和第二开关，在所述第一晶闸管和第二晶闸管的阳极和阴极间连接30伏电源并在回路中串接第三电流表和模拟负载及并联第二电压表，在第一开关和第二开关闭合时，第三电压表读数应为30伏，在断开第二开关时，第三电压表读数应为2-3伏，第三电流表的读数应为1-10A；

步骤七、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管的门极最小触发电压，断开所述晶闸管模块与所述脉冲放大模块和阻容吸收模块的连线，所述第一晶闸管和第二晶闸管的阳极和阴极间施加直流30伏电压并在回路中串接负载电阻和电流表，所述第一晶闸管和第二晶闸管的门极和阴极间施加一可调直流电压，调节可调直流电压值使所述第一晶闸管和第二晶闸管导通，记录该电压值即为所述第一晶闸管和第二晶闸管的门极最小触发电压，其值应为1-4伏；

步骤八、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管的擎住电流值，在上述步骤七的基础上，撤销施加于所述第一晶闸管和第二晶闸管门极和阴极间的电压，调整负载电阻，使所述第一晶闸管和第二晶闸管关断，读取并记录所述第一晶闸管和第二晶闸管关断前的阳极电流值，即擎住电流值，其值应小于1A；

步骤九、测量所述第一晶闸管和第二晶闸管导通后的维持电流值，在上述步骤六的基础上，调整负载电阻，使所述第一晶闸管和第二晶闸管导通电流逐渐减少，直至所述第一晶闸管和第二晶闸管关断，读取并记录所述第一晶闸管和第二晶闸管关断前的阳极电流，即维持电流值，其值应不大于25％的擎住电流。

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