ACS880传动柜BDPS-11C电源板损坏分析

ACS880传动柜BDPS-11C电源板损坏分析

康炳顶

江苏省张家港市锦丰镇沙钢集团 江苏张家港215625

摘要：宽厚板一车间3500线两条精整线电机采用变频器控制方式，其控制变频器使用的是ABB ACS880系列变频器。在变频器运行过程中一段时间内经常出现变频器损坏问题，其故障报错信息为“5681”、“5695”，通过对变频器产生故障的原因进行分析，找到故障产生的主要原因为变频器逆变单元控制板封装不到位，环境湿度、灰尘大导致电源控制板管脚短路。根据故障产生的原因制定相关措施，避免类似故障再次发生。

关键词：电源板短路  封装   环境

1．故障发生概况

宽厚板一车间3500线现有两条精整剪切线，1#线为2016年9月底投产，2#线为2020年6月投产，两条生产线的低压传动柜都使用的是ABB ACS880系列。但2#剪切线主传自投产以来，其中型号为ACS880-104-0530A-7+C188+E205和ACS880-104-0600A-7+C188+E205这两类柜子每月有2-3次的频次损坏，报错信息为“5681”、“5695”，通过查询故障代码，造成“5681”故障的原因为控制单元供电方式与参数设置不匹配或检测到传动控制单元和功率单元之间的通讯错误，造成“5695”故障的原因为检测到的逆变器模块的数量与参数95.13降容运行模式的值不匹配。为保证现场生产的顺利进行对该系列所有530A和600A柜子的BDPS-11C电源板进行升级更换，避免频繁损坏的现象减少对生产的影响。

2．故障设备简介

ACS880 电机控制基于直接转矩控制 （DTC），输出的半导体开关控制，可精确控制电机的定子磁通和转矩。只有在实际转矩和定子磁通值与给定值不同并超过允许的磁饱和现象时开关频率会发生改变。转矩控制器的给定值来自于速度控制器或直接来自外部转矩给定值源。电机控制需要测量直流电压和电机两个相电流。定子磁通可以通过在矢量空间电压来计算。电机转矩计算电机的定子磁通和转子电流的向量积。利用辨识的电机模型来改进定子磁通值。实际电机轴速度不需要用于电机控制。相对于传统控制，DTC 最大的区别是转矩控制运行响应能达到电源开关频率的时间等级。没有单独的电压和频率的 PWM 调节器； 输出的开关控制完全基于电机的磁通状态。

3.故障分析

对于此次BDPS-11C电源板大面积损坏的故障，根据以往经验来看，产生的原因主要为两种，其一为BDPS-11C板的电源供电质量较差，存在电压高或者电源波动大，导致逆变小车的电源板BDPS-11C损坏；其二为逆变小车的电源板BDPS-11C本身质量较差、设计存在缺陷，导致出现频繁损坏问题。

我们对BDPS-11C板的电源供电进行电路进行了分析，该电源由三相交流母排经过Q21刀熔开关进入T21变压器，由变压器转换为AC220V，进入R8i传动柜内的电源板，为整机提供控制电压，而宽厚板一车间精整线使用的传动为ACS880多传系统，该供电电压为控制所有传动柜，但故障频发的只有530A和600A两种规格，因此对电源质量较差的构想不成立。

2#剪切线主传多次“5681”、“5695”故障中，在此我们对ACS880多传动逆变单元中的BDPS-11C电源板故障进行了分析，故障等信息如表1。

表1

对损坏的BDPS-11C电源板中的4块进行详细检测，BDPS SN: K8480046EE 的检测情况为：测量主板AC侧保险断路，AC侧MOSFET场效应晶体管短路，并且在显微镜下观察到AC侧MOSFET的D-S 管腿间有腐蚀现象，管脚根部有拉弧产生；BDPS SN: K8480051EE 的检测情况为：测量主板AC侧保险断路，AC侧MOSFET短路，并且在显微镜下观察AC侧MOSFET的D-S管腿间有腐蚀现象，管脚根部有拉弧产生；BDPS SN: K8480094EE的检测情况为： 测量主板发现DC侧MOSFET短路，器件表面附着黑色毛须，在显微镜下观察MOSFET发现D-S管腿间有管脚根部有拉弧产生；4BDPS SN: K9070020EE的检测情况为：测量主板发现AC侧MOSFET短路，器件表面附着黑色毛须，在显微镜下观察MOSFET发现D-S管腿间有拉弧产生，如下图1所示。

                                                 图1

4 检测结论

测试表明4块返回的电源板都是由MOSFET源极和漏极引脚之间拉弧导致的MOSFET短路失效。从失效的MOSFET拉弧位置判断，引起失效可能原因有两种，第一，在腐蚀和湿度的条件下，源极和漏极之间根部位置形成一种晶枝状物体（图2），由于源极和漏极之间存在高电压，当有异物附着在引脚之间根部位置时，源极和漏极之间产生拉弧。第二、在高湿度或冷凝的条件下，环境中的异物和水汽附着在MOSFET引脚上，导致源极和漏极引脚之间的绝缘距离不足而导致源极和漏极之间的拉弧。

图2

5. 故障产生的原因
   1. 产品质量的不可靠，通过本次对R8i柜内所有BDPS-11C电源板更换时发现，原来的BDPS-11C电源板MOSFET 管脚未进行封胶处理，而新质保的电源板MOSFET 管都进行了封胶处理，这样能够确保BDPS-11C电源板在运行过程受环境的湿度、灰尘影响降到最低。
   2. 根据BDPS-11C电源板的分析报告，显微镜下MOSFET管脚有腐蚀、元器件表面有黑色毛须等现象，结合公司《自动化设备运行管理制度》要求，在每周一次的电气室温度点检台账中我们随机抽取了几组典型的数据（表2），发现ER4B电气室存在湿度稍稍偏高的现象，由于BDPS-11C电源板的封装不到位电气室湿度大、灰尘较多情况下，可能是造成BDPS-11C电源板较多损坏的又一重要原因。

表2

6、结束语

ACS800传动系统是极其精密的设备，在抛开其自身设计问题，在日常维护工作中要做好以下工作，电气室的温度、湿度等环境要求有严格的要求，尤其检修停机后电气室的温湿度控制很重要，需要严格按照设备运行要求进行温湿度控制，避免因电气室湿度大造成传动柜元器件结露。同时，日常工作中要加强对电气室环境进行维护，避免灰尘进入电气室，保持电气室清爽干净，定期对变频器的过滤网、风机等进行清灰保养，避免影响散热以及腐蚀性物质附着在元器件表面，造成元器件损坏。