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摘 要：WK系列电铲是黑岱沟露天矿的主要采掘设备，该系列电铲的运行状况直接关系着集团公司煤碳产量的完成情况，更关系着集团全年的经营情况，所以WK系列电铲的日常维护和检修就特别重要。
关键词：IGBT；电气系统；IGBT故障；措施
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），中文叫做绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件， 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，IGBT模块是6SE70系列产品中的逆变器，制动单元AFE变流器与OCP保护器所使用的主要功率器。由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差，一旦出现意外就会使它损坏。在WK-35电铲电气线路中整流和逆变系统都运用到IGBT来控制局部线路的关断和闭合，一旦IGBT损坏，交直流无法正常转换。
一、IGBT发生故障的主要原因
（一）汇流排耳子接地
WK-35电铲的逆变柜和整流柜中，IGBT用导电膏粘连在汇流排上，受汇流排电流和电压变动影响。汇流排是在主机板上，用来汇集所有资料，并将之传送出去的一个中继站。当单相汇流排上的绝缘卡柱断裂时，固定在卡柱上的铜质耳子就会来回摆动，摆动过程中会触碰到附近的金属件，碰触会导致该电器柜内直流母线接地，IGBT两端电压过大，进而导致IGBT击穿。
（二）母线排与IGBT之间的绝缘纸
在逆变柜中母线排与IGBT靠绝缘纸相连，使母线排和IGBT不能挨在一块，以免引起相互放电，造成IGBT损坏击穿，所以这张绝缘纸的可靠性对IGBT的保护起着尤为重要的作用。但事实是，绝缘纸常时间在高温下作用，性能会随着时间慢慢的减弱，有些时候电铲作业时，振动加剧就会导致绝缘纸破損，使得母线排和IGBT接触放电，IGBT击穿。
（三）IGBT模块因过电流损坏
1、IGBT有一定抗过电流能力，但必须注意防止过电流损坏。IGBT复合器件内有一个寄生晶闸管，所以有擎住效应。IGBT的等效电路，在规定的漏极电流范围内，NPN的正偏压不足以使NPN晶体管导通，当漏极电流大到一定程度时，这个正偏压足以使NPN晶体管开通，进而使NPN 和PNP 晶体管处于饱和状态，于是寄生晶闸管开通，门极失去了控制作用，便发生了擎住效应。IGBT发生擎住效应后，漏极电流过大造成了过高的功耗，最后导致器件的损坏。
2、变频器输出测发生短路，接地，负载太大，加速时间太短，导致过流，损坏IGBT模块。
3、控制电路处逻辑受干扰，导致上下桥臂元件直通，IGBT模块损坏。
4、光纤松动，触发不良，错误信息导致IGBT误导通及运行不稳定导致IGBT误导通，变频器报过流故障，复位作业，导致IGBT模块损坏。
（四）IGBT模块因过电压损坏
1、IGBT在关断时，由于逆变电路中存在电感成分，关断瞬间产生尖峰电压，尖峰电压过压则可造成IGBT 击穿损坏。
2、通常是线路杂散电感在极高的di/dt作用下产生的尖峰电压而造成IGBT模块损坏。
3、变频器逆变功率模块IBGT受到较强的瞬间过电压，造成过压损坏。
（五）IGBT模块因散热不良损坏
1、变频器在运转中突然发出爆炸声响，同时外接保险烧毁，拆机发现变频器的IGBT模块损坏。经过推断确定为变频器的IGBT模块因散热不良导致其损坏。
2、当停机几天后，粘在电路板上的灰尘返潮，这时送电电路板容易打火而损坏，导致炸机，IGBT模块损坏。
3、变频器长期不维护，集满灰尘，散热变差引起变频器炸IGBT模块。
4、模块的损耗十分巨大，热量散不出去，导致内部温度极高，产生气体，冲破壳体，导致IGBT模块爆炸。
5、IGBT不能完全导通，在有电流的情况下元件损耗增大，温度增加导致损坏。
6、人为因素导致IGBT模块损坏，例如：进线接在出线的端子上，变频器接错电源，没按要求接负载。
（六）其他原因
1、电路中过流检测电路反应时间跟不上。
2、工艺问题：铜排校着劲、螺丝拧不紧等。
3、电机冲击反馈电压过大导致IGBT爆炸。但对于充电时爆炸的情况发生的概率不是很大。
4、电机启动时，输入测电压瞬间跌落，电容放电。输入测电压恢复后电容充电时的浪涌电流过大致使IGBT爆炸 。
5、由于变频器滤波电容的老化，使得容量变小也会造成变频器逆变功率模块IBGT的损坏。
6、变频器逆变功率模块IBGT的触发电路的故障引起的损坏。
7、由于变频器逆变功率器件的自身质量及寿命的原因。
二、IGBT发生故障的主要解决措施
（一）是保证汇流排耳子不再接地
实验发现给汇流排耳子下方垫一个绝缘块，可以当汇流排上的卡柱因电气柜过热时断裂也不会碰触到附近的金属件，彻底杜绝汇流排通过耳子接地。给汇流排耳子增加一个绝缘块，缩减了单位空间内的散热面积，影响汇流排散热。局部范围内汇流排不会因绝缘块的增加而高温。因此，增加绝缘模块是切实可行的有效办法。
（二）避免电容组检测线被磨损
电容组检测线的保护也是用类似的办法，但也不尽相同。一方面跟电气柜高温，线路绝缘皮耐高温性差有关。解决这方面的办法就是将线路绝缘层改成更耐高温的绝缘层。另一方面电容组检测线连接电容和平衡电阻，线路过短，导致长期处于紧绷状态，线路容易通过与电路板的摩擦将绝缘层磨掉，最终导致接地。
三、结论
我们在对某台WK-55实际改造完成后，观察该铲的运行状况，发现IGBT的击穿频率大大降低，因为上述外部原因造成的击穿没有发生。从结果上来看，改造是成功可行的，节省了大量的人力物力财力。建议推广应用到其他WK-55电铲，这对于降低WK-55的IGBT击穿，减少电气故障率，增加设备出动率都是极为有利的。
参考文献：
[1]王兆安，黄俊.《电力电子技术》[J].机械工业出版社.
[2]刘晓星.《变频挖掘机电气维修手册》[J].太原重型机械集团.2010.
[3]吉孟澜.《WK-系列变频挖掘机电气说明书》[J].太原重型机械集团.2010.
关键词：IGBT；电气系统；IGBT故障；措施
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），中文叫做绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件， 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，IGBT模块是6SE70系列产品中的逆变器，制动单元AFE变流器与OCP保护器所使用的主要功率器。由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差，一旦出现意外就会使它损坏。在WK-35电铲电气线路中整流和逆变系统都运用到IGBT来控制局部线路的关断和闭合，一旦IGBT损坏，交直流无法正常转换。
一、IGBT发生故障的主要原因
（一）汇流排耳子接地
WK-35电铲的逆变柜和整流柜中，IGBT用导电膏粘连在汇流排上，受汇流排电流和电压变动影响。汇流排是在主机板上，用来汇集所有资料，并将之传送出去的一个中继站。当单相汇流排上的绝缘卡柱断裂时，固定在卡柱上的铜质耳子就会来回摆动，摆动过程中会触碰到附近的金属件，碰触会导致该电器柜内直流母线接地，IGBT两端电压过大，进而导致IGBT击穿。
（二）母线排与IGBT之间的绝缘纸
在逆变柜中母线排与IGBT靠绝缘纸相连，使母线排和IGBT不能挨在一块，以免引起相互放电，造成IGBT损坏击穿，所以这张绝缘纸的可靠性对IGBT的保护起着尤为重要的作用。但事实是，绝缘纸常时间在高温下作用，性能会随着时间慢慢的减弱，有些时候电铲作业时，振动加剧就会导致绝缘纸破損，使得母线排和IGBT接触放电，IGBT击穿。
（三）IGBT模块因过电流损坏
1、IGBT有一定抗过电流能力，但必须注意防止过电流损坏。IGBT复合器件内有一个寄生晶闸管，所以有擎住效应。IGBT的等效电路，在规定的漏极电流范围内，NPN的正偏压不足以使NPN晶体管导通，当漏极电流大到一定程度时，这个正偏压足以使NPN晶体管开通，进而使NPN 和PNP 晶体管处于饱和状态，于是寄生晶闸管开通，门极失去了控制作用，便发生了擎住效应。IGBT发生擎住效应后，漏极电流过大造成了过高的功耗，最后导致器件的损坏。
2、变频器输出测发生短路，接地，负载太大，加速时间太短，导致过流，损坏IGBT模块。
3、控制电路处逻辑受干扰，导致上下桥臂元件直通，IGBT模块损坏。
4、光纤松动，触发不良，错误信息导致IGBT误导通及运行不稳定导致IGBT误导通，变频器报过流故障，复位作业，导致IGBT模块损坏。
（四）IGBT模块因过电压损坏
1、IGBT在关断时，由于逆变电路中存在电感成分，关断瞬间产生尖峰电压，尖峰电压过压则可造成IGBT 击穿损坏。
2、通常是线路杂散电感在极高的di/dt作用下产生的尖峰电压而造成IGBT模块损坏。
3、变频器逆变功率模块IBGT受到较强的瞬间过电压，造成过压损坏。
（五）IGBT模块因散热不良损坏
1、变频器在运转中突然发出爆炸声响，同时外接保险烧毁，拆机发现变频器的IGBT模块损坏。经过推断确定为变频器的IGBT模块因散热不良导致其损坏。
2、当停机几天后，粘在电路板上的灰尘返潮，这时送电电路板容易打火而损坏，导致炸机，IGBT模块损坏。
3、变频器长期不维护，集满灰尘，散热变差引起变频器炸IGBT模块。
4、模块的损耗十分巨大，热量散不出去，导致内部温度极高，产生气体，冲破壳体，导致IGBT模块爆炸。
5、IGBT不能完全导通，在有电流的情况下元件损耗增大，温度增加导致损坏。
6、人为因素导致IGBT模块损坏，例如：进线接在出线的端子上，变频器接错电源，没按要求接负载。
（六）其他原因
1、电路中过流检测电路反应时间跟不上。
2、工艺问题：铜排校着劲、螺丝拧不紧等。
3、电机冲击反馈电压过大导致IGBT爆炸。但对于充电时爆炸的情况发生的概率不是很大。
4、电机启动时，输入测电压瞬间跌落，电容放电。输入测电压恢复后电容充电时的浪涌电流过大致使IGBT爆炸 。
5、由于变频器滤波电容的老化，使得容量变小也会造成变频器逆变功率模块IBGT的损坏。
6、变频器逆变功率模块IBGT的触发电路的故障引起的损坏。
7、由于变频器逆变功率器件的自身质量及寿命的原因。
二、IGBT发生故障的主要解决措施
（一）是保证汇流排耳子不再接地
实验发现给汇流排耳子下方垫一个绝缘块，可以当汇流排上的卡柱因电气柜过热时断裂也不会碰触到附近的金属件，彻底杜绝汇流排通过耳子接地。给汇流排耳子增加一个绝缘块，缩减了单位空间内的散热面积，影响汇流排散热。局部范围内汇流排不会因绝缘块的增加而高温。因此，增加绝缘模块是切实可行的有效办法。
（二）避免电容组检测线被磨损
电容组检测线的保护也是用类似的办法，但也不尽相同。一方面跟电气柜高温，线路绝缘皮耐高温性差有关。解决这方面的办法就是将线路绝缘层改成更耐高温的绝缘层。另一方面电容组检测线连接电容和平衡电阻，线路过短，导致长期处于紧绷状态，线路容易通过与电路板的摩擦将绝缘层磨掉，最终导致接地。
三、结论
我们在对某台WK-55实际改造完成后，观察该铲的运行状况，发现IGBT的击穿频率大大降低，因为上述外部原因造成的击穿没有发生。从结果上来看，改造是成功可行的，节省了大量的人力物力财力。建议推广应用到其他WK-55电铲，这对于降低WK-55的IGBT击穿，减少电气故障率，增加设备出动率都是极为有利的。
参考文献：
[1]王兆安，黄俊.《电力电子技术》[J].机械工业出版社.
[2]刘晓星.《变频挖掘机电气维修手册》[J].太原重型机械集团.2010.
[3]吉孟澜.《WK-系列变频挖掘机电气说明书》[J].太原重型机械集团.2010.