許博　辛悅向

[摘 要]IGBT是橋吊上ACS600變頻驅(qū)動(dòng)裝置核心功率器件。ACS600變頻器IGBT的供應(yīng)商停止了該種IGBT的生產(chǎn)線，因此我們對(duì)ACS600變頻器IGBT進(jìn)行升級(jí)改造，采用德國(guó)Infinite（英飛凌）的IGBT來(lái)取代停產(chǎn)的東芝IGBT。更換下來(lái)的舊的東芝IGBT和電路板等器件則可以用作未改造橋吊的備件，從而節(jié)約部分成本。

[關(guān)鍵詞]變頻器 IGBT 升級(jí)改造 優(yōu)點(diǎn) 備件

中圖分類號(hào)：U98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）10-0023-02

一、設(shè)備現(xiàn)狀及ACS600變頻器升級(jí)改造原因

本單位共有24臺(tái)橋吊采用ABB電控系統(tǒng)，其中有16臺(tái)橋吊采用了ACS600變頻器且配置完全一樣。由于ACS600的IGBT供應(yīng)商Toshiba（東芝）停止了部分IGBT的生產(chǎn)線，其中包括在ACS600上使用的，國(guó)內(nèi)外所有銷售渠道都難以有該種IGBT能夠買到，隨著IGBT的消耗，我們的庫(kù)存?zhèn)浼o(wú)幾。為了保證橋吊生產(chǎn)的正常使用，我們必須對(duì)ACS600變頻器IGBT進(jìn)行升級(jí)改造。

升級(jí)IGBT只能解決IGBT的備件停產(chǎn)問(wèn)題，而隨著7-8年的橋吊運(yùn)行年限的增加，由于變頻器內(nèi)部元器件的自然老化，設(shè)備的故障率逐年升高，因此在升級(jí)IGBT的同時(shí)，引入科學(xué)的預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)概念，有計(jì)劃的提前更換預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)包，降低設(shè)備的故障率，避免設(shè)備故障時(shí)對(duì)生產(chǎn)造成的損失。根據(jù)元器件的自然老化周期定期更換維護(hù)保養(yǎng)包帶來(lái)的價(jià)值是巨大的，國(guó)外的研究說(shuō)明，預(yù)防性維護(hù)可以大大縮短MTBF（Mean Time Between Failure）故障時(shí)間，從而減少由于意外停產(chǎn)帶來(lái)的損失。

基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對(duì)全球范圍內(nèi)的ACS600變頻器的故障進(jìn)行分析并結(jié)合元器件廠家給出的技術(shù)數(shù)據(jù)，科學(xué)地總結(jié)了一套完整地針對(duì)ACS600的預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃，該計(jì)劃基于預(yù)控管理并結(jié)合元器件的自然老化損壞周期，提供了一套便于操作實(shí)施的完整的預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)任務(wù)表及到一定年限需要更換的元器件維護(hù)保養(yǎng)包。

二、橋吊ACS600變頻器升級(jí)改造方案

1.需要升級(jí)替換IGBT型號(hào)數(shù)量如下

在全球范圍內(nèi)停止供應(yīng)型號(hào)為PP18017、PP20012、PP30012的IGBT，同時(shí)針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的逆變部分推出新型號(hào)的IGBT升級(jí)替換套件（表1）。

在預(yù)見到備件IGBT的庫(kù)存即將用完之前，我們通過(guò)進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查和仔細(xì)研究，最終形成一套比較完美的解決方案：采用了德國(guó)的Infinite（英飛凌）的IGBT來(lái)取代停產(chǎn)的東芝的IGBT，由于英飛凌的IGBT的結(jié)構(gòu)尺寸，控制接口與停產(chǎn)的東芝的IGBT存在一定的差別，在更換IGBT的同時(shí)，更換部分電路板和連接銅排，保證了新的IGBT和原系統(tǒng)的兼容性。 考慮到橋吊已經(jīng)在周期性重載工況下使用了7-8年，我們還在升級(jí)IGBT的同時(shí)，更換變頻器的預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)包。

IGBT升級(jí)套件包括新型號(hào)的IGBT（來(lái)自新的供應(yīng)商），新型號(hào)的門極驅(qū)動(dòng)板，以及接口板，吸收電容，測(cè)溫電阻和所有保證其安裝在原有模塊中的機(jī)械附件。預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)包包含一種或幾種元器件（圖1）。

升級(jí)范圍：ISU整流柜+起升1/大車1+起升2/大車2+小車/俯仰

升級(jí)內(nèi)容：

更換ABB新型ACS600 IGBT升級(jí)包，舊IGBT留作備件

更換ABB特定的ACS600 3+9+12年預(yù)防性維護(hù)包組件

更換所有935KVA供電/逆變模塊電流檢測(cè)板（表2）

三、ACS600變頻器升級(jí)改造以后使用情況及優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)對(duì)三期碼頭21#橋吊進(jìn)行升級(jí)改造后，1個(gè)月來(lái)，設(shè)備運(yùn)行非常穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)一次故障，驗(yàn)證了升級(jí)改造的可行性和可靠性。同時(shí)，改造換下來(lái)的IGBT等器件正好用于其他故障橋吊IGBT的更換，證明了改造的及時(shí)性。

ACS600變頻器IGBT升級(jí)改造后，新的IGBT和控制用電路板將擁有比原來(lái)更加可靠的控制技術(shù)，升級(jí)在最大限度保留原有設(shè)備可用元器件，降低成本的同時(shí)，可以使用戶獲得ABB的最新技術(shù)，是成本最低的設(shè)備改造。橋吊在周期性重載工況下使用了7-8年后，及時(shí)更換變頻器的預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)包，這樣做的好處是：極大地降低了設(shè)備的故障率，避免設(shè)備故障時(shí)對(duì)生產(chǎn)造成的損失。

停產(chǎn)的東芝IGBT，大規(guī)模生產(chǎn)開始于1996年，而升級(jí)后的英飛凌IGBT于2006年開始大規(guī)模生產(chǎn)，升級(jí)后的IGBT在技術(shù)上比升級(jí)前東芝的IGBT先進(jìn)了10年，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、新的IGBT相對(duì)于原IGBT在周期性重載的過(guò)載能力上和耐高溫能力上做了提升，更加適合起重機(jī)的運(yùn)行工況。

2、新的IGBT與門極觸發(fā)板的連接方式做了優(yōu)化，從原先的插針式連接優(yōu)化成螺絲緊固，并在連接處加強(qiáng)了防腐蝕設(shè)計(jì)，使新的IGBT更加適合沿海鹽霧和潮濕的天氣，增加了變頻器運(yùn)行的可靠性。

3、新的IGBT基于ABB最新的ACS800變頻器的技術(shù)，門極驅(qū)動(dòng)回路也做了相應(yīng)修改，從原來(lái)的2塊門極觸發(fā)板驅(qū)動(dòng)優(yōu)化為1塊門極觸發(fā)板驅(qū)動(dòng)，元器件的減少使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，降低了故障率。

4、新的IGBT的更換主要是現(xiàn)場(chǎng)安裝工作，改動(dòng)不牽涉到上位系統(tǒng)，無(wú)需對(duì)上位系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的重新調(diào)試。

5、換下的舊IGBT可以給其他橋吊作為備件，節(jié)省備件成本。

四、ACS600變頻器IGBT升級(jí)改造總結(jié)

1、完美的升級(jí)改造，擁有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，避免了IGBT停產(chǎn)造成設(shè)備癱瘓的不良局面，以較小的投入挽回巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失；

2、極大提高了橋吊運(yùn)行的可靠性，減少和避免因故障停機(jī)造成的生產(chǎn)損失。

3、為同類設(shè)備同類項(xiàng)目的改造積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] ABB有限公司.ABB變頻器電氣圖紙.

作者簡(jiǎn)介

許博，男，山東，1982年3月，單位：青島前灣集裝箱碼頭責(zé)任有限公司，職稱：中級(jí)工程師，研究方向：岸邊起重機(jī)電氣控制。