劉海斌

[摘 要]介紹了某熱電公司大型離心風(fēng)機(jī)變頻改造調(diào)試、試運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的變頻器功率單元IGBT損壞及聯(lián)軸器螺栓斷裂情況，從風(fēng)機(jī)電機(jī)空載、運(yùn)行工頻與變頻的不同、螺栓材質(zhì)、力學(xué)特性和強(qiáng)度性能等方面對變頻器功率單元IGBT損壞、聯(lián)軸器螺栓失效原因做了全面的分析，得出了大型離心風(fēng)機(jī)變頻改造中的遇到問題的原因分析，最后給出了有效的預(yù)防措施。

[關(guān)鍵詞]IGBT損壞；斷裂；疲勞；受力

中圖分類號：V231.95 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）44-0018-01

0 情況簡介

2014年3月29日#1B一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行帶電機(jī)空載調(diào)試，空載電機(jī)升到50HZ后，在45HZ降速到40HZ的過程中V6功率單元損壞。4月13日發(fā)現(xiàn)1B一次風(fēng)機(jī)電機(jī)軸向振動(dòng)最大0.26mm，X向、Y向振動(dòng)及溫度均為發(fā)現(xiàn)異常，對其停機(jī)進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器電機(jī)側(cè)連接螺栓有6條斷裂。4月17日1B一次風(fēng)機(jī)再次出現(xiàn)上述現(xiàn)象。4月18日1A一次風(fēng)機(jī)電機(jī)軸向振動(dòng)最大為0.06mm，對其停機(jī)進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器電機(jī)側(cè)連接螺栓有10條全部斷裂。隨后對其進(jìn)行更換螺栓并將其切至工頻運(yùn)行，工頻運(yùn)行其未出現(xiàn)此現(xiàn)象。

1 電機(jī)空載時(shí)變頻器功率單元損壞原因分析

1.1 故障描述：

在調(diào)試時(shí)空轉(zhuǎn)電機(jī)升到50HZ后，在45HZ降速到40HZ的過程中爆了一個(gè)單元，其中左邊并聯(lián)的二個(gè)IGBT炸掉并把右邊二個(gè)IGBT撐壞，熔斷器燒掉，二極管沒壞，單元板沒壞，IGBT型號GD300HFT170C2S（STARPOWER） IGBT。故障電壓電流曲線?？辙D(zhuǎn)電機(jī)時(shí)45HZ、50HZ時(shí)，母線電壓比較高。

1.2 測試分析

1.2.1 功率單元外觀潔凈，無較大污染。

1.2.2 功率單元各處螺栓緊固，驅(qū)動(dòng)線接觸良好。

1.2.3 經(jīng)初步測量，功率單元板、整流模塊、濾波電容、電阻器均正常；熔斷器損壞，4支IGBT模塊損壞，4支突波電容因IGBT炸裂導(dǎo)致機(jī)械損壞。

1.2.4 將損壞器件更換后功率單元調(diào)試正常，未發(fā)生二次損壞。

1.2.5 損壞器件型號：GD300HFT170C2S（STARPOWER）。

1.3 原因分析

單從損壞功率單元來看，只有4支IGBT損壞，其中左邊的2支IGBT模塊為電氣損壞（連接J1/J2/J3/J4），右邊的2支IGBT為機(jī)械損壞（連接J9/J10/J11/J12）。損壞的2支IGBT模塊在同一個(gè)H橋中。IGBT損壞原因可大致分為IGBT部損壞、FWD部損壞和可靠性三個(gè)部分。其中，IGBT部損壞又可大致分為超出RBSOA、門極過電壓和結(jié)溫上升過大。在超出RBSOA中，電源電壓過大、電機(jī)再生運(yùn)轉(zhuǎn)、過電壓保護(hù)不工作以及反向浪涌電壓過大都可能造成IGBT模塊失效。根據(jù)現(xiàn)場描述，功率單元在45赫茲將到50赫茲時(shí)IGBT損壞，由于調(diào)試時(shí)設(shè)備負(fù)載為空載電機(jī)，自身慣性較大，降速時(shí)會給設(shè)備反饋能量，導(dǎo)致設(shè)備母線電壓升高，超出IGBT模塊RBSOA 導(dǎo)致IGBT炸壞。

2 聯(lián)軸器螺栓斷裂原因分析

2.1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況與受力分析

投入變頻工況運(yùn)行，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行中，由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化頻繁，螺栓附加的剪切應(yīng)力無形中增加。同時(shí)，在實(shí)際變頻運(yùn)行過程中，由于電機(jī)的軸向竄動(dòng)量也明顯增大，造成聯(lián)軸器的軸向竄動(dòng)量也增大，造成螺栓軸向受力增加。

對于單膜片聯(lián)軸器而言，在運(yùn)行工程中聯(lián)軸器受到的扭矩與軸線偏斜引起的彎矩、螺栓與膜片質(zhì)量不均引起的離心力和膜片軸向位移引起的彈性推力等力的作用。螺栓因扭矩產(chǎn)生剪應(yīng)力；因彎矩產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力，且應(yīng)力隨著轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)交變；因離心力產(chǎn)生剪切應(yīng)力，也隨轉(zhuǎn)速變化；彈性推力使螺栓產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力，聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿端部的周期性軸向偏移產(chǎn)生了一種頻率等于軸的旋轉(zhuǎn)頻率、振幅等于角位移乘以螺栓所處的半徑的軸向振動(dòng)應(yīng)力。很多實(shí)踐也表明，膜片聯(lián)軸器的主要失效方式是螺栓和膜片在交變循環(huán)和復(fù)合應(yīng)力作用下的疲勞斷裂。同時(shí)，螺栓在安裝時(shí)都必須預(yù)先擰緊，因此螺栓也承受靜拉伸載荷。除了受到軸向預(yù)緊拉伸載荷的作用外，通常會在工作過程中受到附加的軸向拉伸載荷、橫向剪切（交替變化）載荷或由此復(fù)合而成的彎曲載荷的作用，有時(shí)還受到?jīng)_擊載荷的作用。通常情況下，附加的橫向交變載荷會引起螺栓的松動(dòng)，軸向交變載荷會引起螺栓的疲勞斷裂，而在環(huán)境介質(zhì)的作用下軸向拉伸載荷則會引起螺栓的延遲斷裂。而通常這種斷裂容易在缺口集中部位，如桿與頭部的過度處或螺紋根部產(chǎn)生。

2.2 金屬檢驗(yàn)分析

通過對斷裂螺栓的斷口進(jìn)行形貌觀察，發(fā)現(xiàn)螺栓斷裂發(fā)生在螺栓光滑部分與

螺紋相結(jié)合部位，斷面平齊，斷裂面邊緣未發(fā)生明顯塑性變形，斷口呈現(xiàn)出脆性斷裂現(xiàn)象。螺栓為更換不久的新螺栓，外表面無明顯氧化層，說明運(yùn)行溫度不高；螺栓表面無明顯被沖擊痕跡，且測量振動(dòng)在合理范圍內(nèi)，表明螺栓斷裂原因與受到?jīng)_擊力無關(guān)?；谝陨戏治隹沙醪脚袛嘣撀菟伤苄暂^差及疲勞延遲為螺栓斷裂的主要原因。

螺栓外表面雖然無明顯氧化皮，也無明顯外傷痕跡，表明該螺栓運(yùn)行溫度、振動(dòng)在正常范圍內(nèi)。但是由于螺栓在長期運(yùn)行過程中，受到來自扭矩、剪切、拉伸、壓縮、振動(dòng)、彎曲等各種復(fù)雜的力的相互作用。在這些交變應(yīng)力的作用下，加速了螺栓金屬組織內(nèi)部的夾雜物演變?yōu)榱鸭y源，并逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。

3 防范措施

3.1 在變頻調(diào)試前對變頻器及接線情況進(jìn)行全面檢查，確保無誤后方能進(jìn)行調(diào)試工作；

3.2 對變頻器帶空載電機(jī)調(diào)試過程中，要適當(dāng)增加降頻時(shí)間定值，運(yùn)行人員進(jìn)行降頻操作時(shí)應(yīng)緩慢，待電流穩(wěn)定后方能再次減頻率，防止降速時(shí)因電機(jī)反饋能量，導(dǎo)致設(shè)備母線電壓升高，超出IGBT模塊RBSOA 導(dǎo)致IGBT損壞；

3.3 螺栓的斷裂不是短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，而是逐步積累的疲勞斷裂，這就要求在運(yùn)行中不斷摸清聯(lián)軸器螺栓斷裂的周期及對軸振進(jìn)行定期測試，當(dāng)振動(dòng)異常以便在發(fā)生斷裂之前及時(shí)進(jìn)行預(yù)防性處理。

3.4 該風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器原來采用的45號鋼螺栓已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場使用的要求，需將離心風(fēng)機(jī)的膜片聯(lián)軸器螺栓更換為高強(qiáng)螺栓或者抗疲勞性能等級較強(qiáng)的螺栓，如40Cr、25Cr2Mol V（調(diào)質(zhì)處理）等；若出現(xiàn)更換螺栓后聯(lián)軸器本體損壞現(xiàn)象時(shí)，需更換系數(shù)更高的聯(lián)軸器，改造設(shè)備所用聯(lián)軸器不但要有高的強(qiáng)度值和硬度值的同時(shí)也要求具有良好的塑性和斷裂特性。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐甫榮.高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐[M].中國電力出版社.2007（2）

[2] 電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù).北京：中國電力出版社，2001

[3] 柬德林.金屬力學(xué)性能[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986：63.endprint

[摘 要]介紹了某熱電公司大型離心風(fēng)機(jī)變頻改造調(diào)試、試運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的變頻器功率單元IGBT損壞及聯(lián)軸器螺栓斷裂情況，從風(fēng)機(jī)電機(jī)空載、運(yùn)行工頻與變頻的不同、螺栓材質(zhì)、力學(xué)特性和強(qiáng)度性能等方面對變頻器功率單元IGBT損壞、聯(lián)軸器螺栓失效原因做了全面的分析，得出了大型離心風(fēng)機(jī)變頻改造中的遇到問題的原因分析，最后給出了有效的預(yù)防措施。

[關(guān)鍵詞]IGBT損壞；斷裂；疲勞；受力

中圖分類號：V231.95 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）44-0018-01

0 情況簡介

2014年3月29日#1B一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行帶電機(jī)空載調(diào)試，空載電機(jī)升到50HZ后，在45HZ降速到40HZ的過程中V6功率單元損壞。4月13日發(fā)現(xiàn)1B一次風(fēng)機(jī)電機(jī)軸向振動(dòng)最大0.26mm，X向、Y向振動(dòng)及溫度均為發(fā)現(xiàn)異常，對其停機(jī)進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器電機(jī)側(cè)連接螺栓有6條斷裂。4月17日1B一次風(fēng)機(jī)再次出現(xiàn)上述現(xiàn)象。4月18日1A一次風(fēng)機(jī)電機(jī)軸向振動(dòng)最大為0.06mm，對其停機(jī)進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器電機(jī)側(cè)連接螺栓有10條全部斷裂。隨后對其進(jìn)行更換螺栓并將其切至工頻運(yùn)行，工頻運(yùn)行其未出現(xiàn)此現(xiàn)象。

1 電機(jī)空載時(shí)變頻器功率單元損壞原因分析

1.1 故障描述：

在調(diào)試時(shí)空轉(zhuǎn)電機(jī)升到50HZ后，在45HZ降速到40HZ的過程中爆了一個(gè)單元，其中左邊并聯(lián)的二個(gè)IGBT炸掉并把右邊二個(gè)IGBT撐壞，熔斷器燒掉，二極管沒壞，單元板沒壞，IGBT型號GD300HFT170C2S（STARPOWER） IGBT。故障電壓電流曲線?？辙D(zhuǎn)電機(jī)時(shí)45HZ、50HZ時(shí)，母線電壓比較高。

1.2 測試分析

1.2.1 功率單元外觀潔凈，無較大污染。

1.2.2 功率單元各處螺栓緊固，驅(qū)動(dòng)線接觸良好。

1.2.3 經(jīng)初步測量，功率單元板、整流模塊、濾波電容、電阻器均正常；熔斷器損壞，4支IGBT模塊損壞，4支突波電容因IGBT炸裂導(dǎo)致機(jī)械損壞。

1.2.4 將損壞器件更換后功率單元調(diào)試正常，未發(fā)生二次損壞。

1.2.5 損壞器件型號：GD300HFT170C2S（STARPOWER）。

1.3 原因分析

單從損壞功率單元來看，只有4支IGBT損壞，其中左邊的2支IGBT模塊為電氣損壞（連接J1/J2/J3/J4），右邊的2支IGBT為機(jī)械損壞（連接J9/J10/J11/J12）。損壞的2支IGBT模塊在同一個(gè)H橋中。IGBT損壞原因可大致分為IGBT部損壞、FWD部損壞和可靠性三個(gè)部分。其中，IGBT部損壞又可大致分為超出RBSOA、門極過電壓和結(jié)溫上升過大。在超出RBSOA中，電源電壓過大、電機(jī)再生運(yùn)轉(zhuǎn)、過電壓保護(hù)不工作以及反向浪涌電壓過大都可能造成IGBT模塊失效。根據(jù)現(xiàn)場描述，功率單元在45赫茲將到50赫茲時(shí)IGBT損壞，由于調(diào)試時(shí)設(shè)備負(fù)載為空載電機(jī)，自身慣性較大，降速時(shí)會給設(shè)備反饋能量，導(dǎo)致設(shè)備母線電壓升高，超出IGBT模塊RBSOA 導(dǎo)致IGBT炸壞。

2 聯(lián)軸器螺栓斷裂原因分析

2.1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況與受力分析

投入變頻工況運(yùn)行，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行中，由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化頻繁，螺栓附加的剪切應(yīng)力無形中增加。同時(shí)，在實(shí)際變頻運(yùn)行過程中，由于電機(jī)的軸向竄動(dòng)量也明顯增大，造成聯(lián)軸器的軸向竄動(dòng)量也增大，造成螺栓軸向受力增加。

對于單膜片聯(lián)軸器而言，在運(yùn)行工程中聯(lián)軸器受到的扭矩與軸線偏斜引起的彎矩、螺栓與膜片質(zhì)量不均引起的離心力和膜片軸向位移引起的彈性推力等力的作用。螺栓因扭矩產(chǎn)生剪應(yīng)力；因彎矩產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力，且應(yīng)力隨著轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)交變；因離心力產(chǎn)生剪切應(yīng)力，也隨轉(zhuǎn)速變化；彈性推力使螺栓產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力，聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿端部的周期性軸向偏移產(chǎn)生了一種頻率等于軸的旋轉(zhuǎn)頻率、振幅等于角位移乘以螺栓所處的半徑的軸向振動(dòng)應(yīng)力。很多實(shí)踐也表明，膜片聯(lián)軸器的主要失效方式是螺栓和膜片在交變循環(huán)和復(fù)合應(yīng)力作用下的疲勞斷裂。同時(shí)，螺栓在安裝時(shí)都必須預(yù)先擰緊，因此螺栓也承受靜拉伸載荷。除了受到軸向預(yù)緊拉伸載荷的作用外，通常會在工作過程中受到附加的軸向拉伸載荷、橫向剪切（交替變化）載荷或由此復(fù)合而成的彎曲載荷的作用，有時(shí)還受到?jīng)_擊載荷的作用。通常情況下，附加的橫向交變載荷會引起螺栓的松動(dòng)，軸向交變載荷會引起螺栓的疲勞斷裂，而在環(huán)境介質(zhì)的作用下軸向拉伸載荷則會引起螺栓的延遲斷裂。而通常這種斷裂容易在缺口集中部位，如桿與頭部的過度處或螺紋根部產(chǎn)生。

2.2 金屬檢驗(yàn)分析

通過對斷裂螺栓的斷口進(jìn)行形貌觀察，發(fā)現(xiàn)螺栓斷裂發(fā)生在螺栓光滑部分與

螺紋相結(jié)合部位，斷面平齊，斷裂面邊緣未發(fā)生明顯塑性變形，斷口呈現(xiàn)出脆性斷裂現(xiàn)象。螺栓為更換不久的新螺栓，外表面無明顯氧化層，說明運(yùn)行溫度不高；螺栓表面無明顯被沖擊痕跡，且測量振動(dòng)在合理范圍內(nèi)，表明螺栓斷裂原因與受到?jīng)_擊力無關(guān)?；谝陨戏治隹沙醪脚袛嘣撀菟伤苄暂^差及疲勞延遲為螺栓斷裂的主要原因。

螺栓外表面雖然無明顯氧化皮，也無明顯外傷痕跡，表明該螺栓運(yùn)行溫度、振動(dòng)在正常范圍內(nèi)。但是由于螺栓在長期運(yùn)行過程中，受到來自扭矩、剪切、拉伸、壓縮、振動(dòng)、彎曲等各種復(fù)雜的力的相互作用。在這些交變應(yīng)力的作用下，加速了螺栓金屬組織內(nèi)部的夾雜物演變?yōu)榱鸭y源，并逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。

3 防范措施

3.1 在變頻調(diào)試前對變頻器及接線情況進(jìn)行全面檢查，確保無誤后方能進(jìn)行調(diào)試工作；

3.2 對變頻器帶空載電機(jī)調(diào)試過程中，要適當(dāng)增加降頻時(shí)間定值，運(yùn)行人員進(jìn)行降頻操作時(shí)應(yīng)緩慢，待電流穩(wěn)定后方能再次減頻率，防止降速時(shí)因電機(jī)反饋能量，導(dǎo)致設(shè)備母線電壓升高，超出IGBT模塊RBSOA 導(dǎo)致IGBT損壞；

3.3 螺栓的斷裂不是短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，而是逐步積累的疲勞斷裂，這就要求在運(yùn)行中不斷摸清聯(lián)軸器螺栓斷裂的周期及對軸振進(jìn)行定期測試，當(dāng)振動(dòng)異常以便在發(fā)生斷裂之前及時(shí)進(jìn)行預(yù)防性處理。

3.4 該風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器原來采用的45號鋼螺栓已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場使用的要求，需將離心風(fēng)機(jī)的膜片聯(lián)軸器螺栓更換為高強(qiáng)螺栓或者抗疲勞性能等級較強(qiáng)的螺栓，如40Cr、25Cr2Mol V（調(diào)質(zhì)處理）等；若出現(xiàn)更換螺栓后聯(lián)軸器本體損壞現(xiàn)象時(shí)，需更換系數(shù)更高的聯(lián)軸器，改造設(shè)備所用聯(lián)軸器不但要有高的強(qiáng)度值和硬度值的同時(shí)也要求具有良好的塑性和斷裂特性。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐甫榮.高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐[M].中國電力出版社.2007（2）

[2] 電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù).北京：中國電力出版社，2001

[3] 柬德林.金屬力學(xué)性能[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986：63.endprint

[摘 要]介紹了某熱電公司大型離心風(fēng)機(jī)變頻改造調(diào)試、試運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的變頻器功率單元IGBT損壞及聯(lián)軸器螺栓斷裂情況，從風(fēng)機(jī)電機(jī)空載、運(yùn)行工頻與變頻的不同、螺栓材質(zhì)、力學(xué)特性和強(qiáng)度性能等方面對變頻器功率單元IGBT損壞、聯(lián)軸器螺栓失效原因做了全面的分析，得出了大型離心風(fēng)機(jī)變頻改造中的遇到問題的原因分析，最后給出了有效的預(yù)防措施。

[關(guān)鍵詞]IGBT損壞；斷裂；疲勞；受力

中圖分類號：V231.95 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）44-0018-01

0 情況簡介

2014年3月29日#1B一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行帶電機(jī)空載調(diào)試，空載電機(jī)升到50HZ后，在45HZ降速到40HZ的過程中V6功率單元損壞。4月13日發(fā)現(xiàn)1B一次風(fēng)機(jī)電機(jī)軸向振動(dòng)最大0.26mm，X向、Y向振動(dòng)及溫度均為發(fā)現(xiàn)異常，對其停機(jī)進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器電機(jī)側(cè)連接螺栓有6條斷裂。4月17日1B一次風(fēng)機(jī)再次出現(xiàn)上述現(xiàn)象。4月18日1A一次風(fēng)機(jī)電機(jī)軸向振動(dòng)最大為0.06mm，對其停機(jī)進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器電機(jī)側(cè)連接螺栓有10條全部斷裂。隨后對其進(jìn)行更換螺栓并將其切至工頻運(yùn)行，工頻運(yùn)行其未出現(xiàn)此現(xiàn)象。

1 電機(jī)空載時(shí)變頻器功率單元損壞原因分析

1.1 故障描述：

在調(diào)試時(shí)空轉(zhuǎn)電機(jī)升到50HZ后，在45HZ降速到40HZ的過程中爆了一個(gè)單元，其中左邊并聯(lián)的二個(gè)IGBT炸掉并把右邊二個(gè)IGBT撐壞，熔斷器燒掉，二極管沒壞，單元板沒壞，IGBT型號GD300HFT170C2S（STARPOWER） IGBT。故障電壓電流曲線?？辙D(zhuǎn)電機(jī)時(shí)45HZ、50HZ時(shí)，母線電壓比較高。

1.2 測試分析

1.2.1 功率單元外觀潔凈，無較大污染。

1.2.2 功率單元各處螺栓緊固，驅(qū)動(dòng)線接觸良好。

1.2.3 經(jīng)初步測量，功率單元板、整流模塊、濾波電容、電阻器均正常；熔斷器損壞，4支IGBT模塊損壞，4支突波電容因IGBT炸裂導(dǎo)致機(jī)械損壞。

1.2.4 將損壞器件更換后功率單元調(diào)試正常，未發(fā)生二次損壞。

1.2.5 損壞器件型號：GD300HFT170C2S（STARPOWER）。

1.3 原因分析

單從損壞功率單元來看，只有4支IGBT損壞，其中左邊的2支IGBT模塊為電氣損壞（連接J1/J2/J3/J4），右邊的2支IGBT為機(jī)械損壞（連接J9/J10/J11/J12）。損壞的2支IGBT模塊在同一個(gè)H橋中。IGBT損壞原因可大致分為IGBT部損壞、FWD部損壞和可靠性三個(gè)部分。其中，IGBT部損壞又可大致分為超出RBSOA、門極過電壓和結(jié)溫上升過大。在超出RBSOA中，電源電壓過大、電機(jī)再生運(yùn)轉(zhuǎn)、過電壓保護(hù)不工作以及反向浪涌電壓過大都可能造成IGBT模塊失效。根據(jù)現(xiàn)場描述，功率單元在45赫茲將到50赫茲時(shí)IGBT損壞，由于調(diào)試時(shí)設(shè)備負(fù)載為空載電機(jī)，自身慣性較大，降速時(shí)會給設(shè)備反饋能量，導(dǎo)致設(shè)備母線電壓升高，超出IGBT模塊RBSOA 導(dǎo)致IGBT炸壞。

2 聯(lián)軸器螺栓斷裂原因分析

2.1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況與受力分析

投入變頻工況運(yùn)行，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行中，由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化頻繁，螺栓附加的剪切應(yīng)力無形中增加。同時(shí)，在實(shí)際變頻運(yùn)行過程中，由于電機(jī)的軸向竄動(dòng)量也明顯增大，造成聯(lián)軸器的軸向竄動(dòng)量也增大，造成螺栓軸向受力增加。

對于單膜片聯(lián)軸器而言，在運(yùn)行工程中聯(lián)軸器受到的扭矩與軸線偏斜引起的彎矩、螺栓與膜片質(zhì)量不均引起的離心力和膜片軸向位移引起的彈性推力等力的作用。螺栓因扭矩產(chǎn)生剪應(yīng)力；因彎矩產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力，且應(yīng)力隨著轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)交變；因離心力產(chǎn)生剪切應(yīng)力，也隨轉(zhuǎn)速變化；彈性推力使螺栓產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力，聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿端部的周期性軸向偏移產(chǎn)生了一種頻率等于軸的旋轉(zhuǎn)頻率、振幅等于角位移乘以螺栓所處的半徑的軸向振動(dòng)應(yīng)力。很多實(shí)踐也表明，膜片聯(lián)軸器的主要失效方式是螺栓和膜片在交變循環(huán)和復(fù)合應(yīng)力作用下的疲勞斷裂。同時(shí)，螺栓在安裝時(shí)都必須預(yù)先擰緊，因此螺栓也承受靜拉伸載荷。除了受到軸向預(yù)緊拉伸載荷的作用外，通常會在工作過程中受到附加的軸向拉伸載荷、橫向剪切（交替變化）載荷或由此復(fù)合而成的彎曲載荷的作用，有時(shí)還受到?jīng)_擊載荷的作用。通常情況下，附加的橫向交變載荷會引起螺栓的松動(dòng)，軸向交變載荷會引起螺栓的疲勞斷裂，而在環(huán)境介質(zhì)的作用下軸向拉伸載荷則會引起螺栓的延遲斷裂。而通常這種斷裂容易在缺口集中部位，如桿與頭部的過度處或螺紋根部產(chǎn)生。

2.2 金屬檢驗(yàn)分析

通過對斷裂螺栓的斷口進(jìn)行形貌觀察，發(fā)現(xiàn)螺栓斷裂發(fā)生在螺栓光滑部分與

螺紋相結(jié)合部位，斷面平齊，斷裂面邊緣未發(fā)生明顯塑性變形，斷口呈現(xiàn)出脆性斷裂現(xiàn)象。螺栓為更換不久的新螺栓，外表面無明顯氧化層，說明運(yùn)行溫度不高；螺栓表面無明顯被沖擊痕跡，且測量振動(dòng)在合理范圍內(nèi)，表明螺栓斷裂原因與受到?jīng)_擊力無關(guān)?；谝陨戏治隹沙醪脚袛嘣撀菟伤苄暂^差及疲勞延遲為螺栓斷裂的主要原因。

螺栓外表面雖然無明顯氧化皮，也無明顯外傷痕跡，表明該螺栓運(yùn)行溫度、振動(dòng)在正常范圍內(nèi)。但是由于螺栓在長期運(yùn)行過程中，受到來自扭矩、剪切、拉伸、壓縮、振動(dòng)、彎曲等各種復(fù)雜的力的相互作用。在這些交變應(yīng)力的作用下，加速了螺栓金屬組織內(nèi)部的夾雜物演變?yōu)榱鸭y源，并逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。

3 防范措施

3.1 在變頻調(diào)試前對變頻器及接線情況進(jìn)行全面檢查，確保無誤后方能進(jìn)行調(diào)試工作；

3.2 對變頻器帶空載電機(jī)調(diào)試過程中，要適當(dāng)增加降頻時(shí)間定值，運(yùn)行人員進(jìn)行降頻操作時(shí)應(yīng)緩慢，待電流穩(wěn)定后方能再次減頻率，防止降速時(shí)因電機(jī)反饋能量，導(dǎo)致設(shè)備母線電壓升高，超出IGBT模塊RBSOA 導(dǎo)致IGBT損壞；

3.3 螺栓的斷裂不是短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，而是逐步積累的疲勞斷裂，這就要求在運(yùn)行中不斷摸清聯(lián)軸器螺栓斷裂的周期及對軸振進(jìn)行定期測試，當(dāng)振動(dòng)異常以便在發(fā)生斷裂之前及時(shí)進(jìn)行預(yù)防性處理。

3.4 該風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器原來采用的45號鋼螺栓已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場使用的要求，需將離心風(fēng)機(jī)的膜片聯(lián)軸器螺栓更換為高強(qiáng)螺栓或者抗疲勞性能等級較強(qiáng)的螺栓，如40Cr、25Cr2Mol V（調(diào)質(zhì)處理）等；若出現(xiàn)更換螺栓后聯(lián)軸器本體損壞現(xiàn)象時(shí)，需更換系數(shù)更高的聯(lián)軸器，改造設(shè)備所用聯(lián)軸器不但要有高的強(qiáng)度值和硬度值的同時(shí)也要求具有良好的塑性和斷裂特性。

參考文獻(xiàn)

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