橋吊變頻器升級改造

許博　辛悅向

[摘 要]IGBT是橋吊上ACS600變頻驅(qū)動裝置核心功率器件。ACS600變頻器IGBT的供應商停止了該種IGBT的生產(chǎn)線，因此我們對ACS600變頻器IGBT進行升級改造，采用德國Infinite（英飛凌）的IGBT來取代停產(chǎn)的東芝IGBT。更換下來的舊的東芝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。

[關鍵詞]變頻器 IGBT 升級改造 優(yōu)點 備件

中圖分類號：U98 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）10-0023-02

一、設備現(xiàn)狀及ACS600變頻器升級改造原因

本單位共有24臺橋吊采用ABB電控系統(tǒng)，其中有16臺橋吊采用了ACS600變頻器且配置完全一樣。由于ACS600的IGBT供應商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，我們的庫存?zhèn)浼o幾。為了保證橋吊生產(chǎn)的正常使用，我們必須對ACS600變頻器IGBT進行升級改造。

升級IGBT只能解決IGBT的備件停產(chǎn)問題，而隨著7-8年的橋吊運行年限的增加，由于變頻器內(nèi)部元器件的自然老化，設備的故障率逐年升高，因此在升級IGBT的同時，引入科學的預防性維護保養(yǎng)概念，有計劃的提前更換預防性維護保養(yǎng)包，降低設備的故障率，避免設備故障時對生產(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保養(yǎng)包帶來的價值是巨大的，國外的研究說明，預防性維護可以大大縮短MTBF（Mean Time Between Failure）故障時間，從而減少由于意外停產(chǎn)帶來的損失。

基于統(tǒng)計學原理，對全球范圍內(nèi)的ACS600變頻器的故障進行分析并結合元器件廠家給出的技術數(shù)據(jù)，科學地總結了一套完整地針對ACS600的預防性維護計劃，該計劃基于預控管理并結合元器件的自然老化損壞周期，提供了一套便于操作實施的完整的預防性維護保養(yǎng)任務表及到一定年限需要更換的元器件維護保養(yǎng)包。

二、橋吊ACS600變頻器升級改造方案

1.需要升級替換IGBT型號數(shù)量如下

在全球范圍內(nèi)停止供應型號為PP18017、PP20012、PP30012的IGBT，同時針對不同結構的逆變部分推出新型號的IGBT升級替換套件（表1）。

在預見到備件IGBT的庫存即將用完之前，我們通過進行市場調(diào)查和仔細研究，最終形成一套比較完美的解決方案：采用了德國的Infinite（英飛凌）的IGBT來取代停產(chǎn)的東芝的IGBT，由于英飛凌的IGBT的結構尺寸，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，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IGBT的同時，更換變頻器的預防性維護保養(yǎng)包。

IGBT升級套件包括新型號的IGBT（來自新的供應商），新型號的門極驅(qū)動板，以及接口板，吸收電容，測溫電阻和所有保證其安裝在原有模塊中的機械附件。預防性維護保養(yǎng)包包含一種或幾種元器件（圖1）。

升級范圍：ISU整流柜+起升1/大車1+起升2/大車2+小車/俯仰

升級內(nèi)容：

更換ABB新型ACS600 IGBT升級包，舊IGBT留作備件

更換ABB特定的ACS600 3+9+12年預防性維護包組件

更換所有935KVA供電/逆變模塊電流檢測板（表2）

三、ACS600變頻器升級改造以后使用情況及優(yōu)點

通過對三期碼頭21#橋吊進行升級改造后，1個月來，設備運行非常穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)一次故障，驗證了升級改造的可行性和可靠性。同時，改造換下來的IGBT等器件正好用于其他故障橋吊IGBT的更換，證明了改造的及時性。

ACS600變頻器IGBT升級改造后，新的IGBT和控制用電路板將擁有比原來更加可靠的控制技術，升級在最大限度保留原有設備可用元器件，降低成本的同時，可以使用戶獲得ABB的最新技術，是成本最低的設備改造。橋吊在周期性重載工況下使用了7-8年后，及時更換變頻器的預防性維護保養(yǎng)包，這樣做的好處是：極大地降低了設備的故障率，避免設備故障時對生產(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，而升級后的英飛凌IGBT于2006年開始大規(guī)模生產(chǎn)，升級后的IGBT在技術上比升級前東芝的IGBT先進了10年，優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、新的IGBT相對于原IGBT在周期性重載的過載能力上和耐高溫能力上做了提升，更加適合起重機的運行工況。

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，并在連接處加強了防腐蝕設計，使新的IGBT更加適合沿海鹽霧和潮濕的天氣，增加了變頻器運行的可靠性。

3、新的IGBT基于ABB最新的ACS800變頻器的技術，門極驅(qū)動回路也做了相應修改，從原來的2塊門極觸發(fā)板驅(qū)動優(yōu)化為1塊門極觸發(fā)板驅(qū)動，元器件的減少使結構更加簡單，降低了故障率。

4、新的IGBT的更換主要是現(xiàn)場安裝工作，改動不牽涉到上位系統(tǒng)，無需對上位系統(tǒng)進行復雜的重新調(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升級改造總結

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

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

3、為同類設備同類項目的改造積累了經(jīng)驗。

參考文獻

[1] ABB有限公司.ABB變頻器電氣圖紙.

作者簡介

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