Napadne někoho vysvětlení příčiny časté poruchy měniče?

[Pavel Čermák]

Na hrizontální vyvrtávačce WH160 už jse 3x vždy zhruba po 1 roce vyměňoval měnič(sic)
3x400VAC /680VDC pro pohon hlavního vřetena. Vždy proražené tyrystory. (oprava cca 100K)
Na vstupu přepěťové ochrany B+C, před měničem síťová tlumivka a za měničem motorová. Na první pohled vše OK.
Jde o modernizovaný pohon stroje ze 70 let (konstrukce ŽĎAS -tak předpokládám,že asi také OK)
Napadne někoho, (kol. Kurka?),   co ještě udělat pro ochranu měniče?

[M S]

Ake je zemnenie stroja, menica, motora?
Aky je stav prizemnenia stredu distribucneho trafa? Neplavaju obcas fazy proti zemi?
Aky presny menic je pouzity?
Aky presny kabel medzi menicom a motorom je pouzity (motor ma 51kW?)?
Bol pri oprave menica kontrolovany stav kondenzatorov?
AC motor? DC motor?
Co presne umrelo v menici, riadeny usmernovac na vstupe, alebo IGBT na vystupe, alebo je menic prilis stary na IGBT a aj vystup je tyristorovy? Oprava za 4k EUR je dost vysoke cislo.
Ako je menic chladeny?

[Martin Kurka]

Jestli jsem dobře pochopil, jde o pohon DC kartáčového motoru s tyristorovým AC/DC řízením.

V 70-tých letech byla výkonová elektronika strojů v plenkách, obvodová řešení AC/Dc měničů byla rozmanitá a často unikátní. Naproti tomu byl výběr výkonových polovodičů velmi úzký a co kus tyristoru, to byl originál, takže se musel každý kus změřit,. zapsat jeho blokovací napětí, citlivost gate a hlavně u AC/DC měničů a řízených usměrňovačů jeho vypínací komutační proud.
Asi by vám o této problematice dokázal nejvíce povědět kolega Bocek, v hutích a válcovnách takových pohomů měli hodně.,       

Řídící obvody byly tehdy výhradně analogové. Aby byly řídící pulsy dostatečně dlouhé musely být řídící obvody velmi složité. Protože o procesorech a LOW side a HIGH side driverech se mohlo tvůrcům zapojení jen zdát  a tak v zapojeních řídících obcvdů byla spousta ferritových  hrníčkových transformátorl ků, tranzistorů a diod a tehdy ručně pájených plošných spojů a kabílkových propojů.

Zapojení řízených DC pohonů strojů s běžnými tyristory (bez napájecího transformátoru s více vinutími) byly 3 hlavní typy:

1) Výkonový diodový neřízený usměrňovač do kotvy a malovýkonový reverzační tyristorový usměrňovač do budicího vinutí.

2) Výkonový řízený usměrňovač do kotvy i do budicího vinutí, podle potřeby i reverzační.

3) Výkonový řízený, nebo neřízený usměrňovač do DC meziobvodu a PWM tyristorový chopper pro kotvu i budicí vinutí. PWM řízení pracovalo buď s proměnným kmitočtem, nebo s proměnným úhlem otevření - podle mezních dynamických parametrů tyristorů a požadovaného rozsahu řízení otáček či momentu se použila jedna nebo druhá metoda.

To co se u AC pohonu nazývá motorová tlumicka u DC pohonu je pouhá tlumivka pro vyhlazení DC tepavého proudu, aby byl vyhlazen moment motoru, Taková tlumivka musí mít vzduchové jádro, aby se nepřesycovala.

Protože o IGTB prvcích, blokovacích a vypínacích tyristorech se v 70-tých letech jen tušilo, musely se DC proudy skrz zapálený tyristor vypínat komutačními obvody s pomocnými, nebo s párovými tyristory. Komutační obvody byly buď čistě kapacitní, nebo kmitající laděné. Hlavní i komutační tyristor se musí vybrat podle jejich změřených parametrů statických, ale i dynamických a často je třeba vybrat pár shodných tyristorů.

Klasické tyristory na rozdíl od VMOS technologie se stoupající teplotou polovodiče mají tendenci k (druhému) průrazu, k rychlé degradaci i ke změně dynamických vlastností vedoucí k  nemožnosti jeho vypnutí komutačním obvodem. Navíc klasický tyristor umí sepnout nejen žádaným nabuzením řídícím proudem, ale i když se mezi A-K objeví napětí překračující kritickou strmost dU/dt napěťového nárůstu.

[Martin Kurka]

Pokud se tedy otevře ve výkonovém obvodu kotvy stroje jediný z tyristorů, který v tu chvíli už nebo ještě má být uzavřený, nastává řetězová reakce destrukcí i u ostatních tyristorů.


A k takovému ději může dojít:

a) Vznikem kritického nárůstu dU/dt přišlým ze strany sítě (impulzní rušení, vadné ochranné obvody proti du/dT u tyristoru, náhradní tyristor vybraný s malým dU/dt...)

b) Vznikem kritického nárůstu dU/dt nebo proudu přišlým ze strany pohonu (jiskřící reverzační kontakty, chybný stav vinutí, nebo komutátoru DC stoje, přerušující se obvod buzení, přesycující se tlumivka...)

c) Vadným řídícím pulsem do tyristoru - moc krátký, moc dlouhý, malá energie (málo citlivý tyristor, nebo prasklý ferrit hrníčkového transformátoru či vyšumělá kapacita či porucha v řídícím obvodu...)

d) Přehřátím polovodičů

e) Vadným komutačním vypínacím obvodem tyristoru (ztráta kapacity a přetěžování nevhodného náhradního komutačního kondenzátoru velkým proudem, nevybírané a nepárované tyristory na vypínací proud, přílišné zatlumení nebo odtlumení rezonančního komutačního obvodu...)
 
f) Chybou obsluhy či úrdžby, zapomenutou znalostí tvůrců zapojení, neodborností či lajdáckostí servisní firmy

g)....


Z toho všeho je patrné, že jediná chybička vede k rozsáhlé destrukci a proto je třeba pro opravu měniče zvolit ideálně odbornou dílenskou opravu, ukončenou testy a měřeními osciloskopy apod. A hlavně zárukou na provedení opravy.

A DC stroj a jeho kontaktní prvky včetně svorek atd. musí být ve 100% stavu, stejně tak napájecí a ochranné obvody.

[Martin Kurka]

Jestli se tedy ptáte, co udělat pro ochranu měniče, pak běžnými prostředky údržby si mnoho nepomůžete, bez měření v tomto případě není vědění. A já vám poradit na dálku (a už ani na místě) neumím
A měřením je zde i písemný záznam, které z tyristorů ve schematu se musely měnit jako destruované a které jen jako párové.

Nakonec příčinou destrukcí může být i banální porucha, jako odskakující běžec potenciometru nastavování rychlosti otáčení - jak potenciometr na panelu obsluhy zachrastí, krátkodobě do měniče kopne žádost o maximální otáčky, DC motor jen cukne, vyrobí proudovou špičku a hned po ní ve spolupráci s tlumivkou pošle špičku napěťovou/přepěťovou zezadu do měniče.

Paralalně k tyristorům se dají doplnit ochranné R-C-D obvody (plovoucí ochrana),            varistory apod. - pokud tam už něco nainstalováno není. Ale bez osciloskopu a odborných znalostí můžete situaci i zhoršit.

Použití velmi rychlých pojistek pro jištění polovodičů je diskutabilní, vzhledem k jejich ceně a pak malé přetižitelnost i pohonu.

Pokud je stroj unikátní a v dobrém mechanickém stavu, ale elektrovýzbroj, motor a měnič archaické, může být i výborné řešení poslat vyvrtávačku na retrofit, kdysi jsme takový retrofit vyvrtávačky se Schrage motorem dělali a měnil se pohon na synchronní motor s frekvenčním měničem. Tak se zákazník zbavil uhlířiny u komutátorů, spolehlivost a opravitelnost celého stroje se zvýšila a řízení přes PLC dávalo možnosti poloautomatick ého chodu, odměřování polohy, ulehčení řazení nesynchronizov ané mechanické převodovky při pidiotáčkách, na displeji hlášené stavy stroje i záznamy poruch a motohodin atd. A hlavně se u stroje objevila sériově dodávaná součástková základna elektrovýzbroj e, takže místní údržba si mohla udělat údržbu vlastními silami. Nemluvě o tom, že klesla hlučnost a energetická náročnost stroje.

Jsou chvíle, kdy se stroj začne sypat a opravy a nucené odstávky jeho provoz a ztráty z nefunkčnosti natolik prodraží, že retrofit, či nákup nového stroje vyjde ekonomicky lépe, než udržování stroje v chátrání.



OPRAVA
To co se u AC pohonu nazývá motorová tlumicka u DC pohonu je pouhá tlumivka pro vyhlazení DC tepavého proudu, aby byl vyhlazen moment motoru, Taková tlumivka musí mít jádro se vzduchovou mezerou, aby se tlumivka nepřesycovala.

[Jan Bocek]

Kolega Martin Kurka napsal vše podstatné.
Proto jen zdůrazním jeho závěr.

Z toho všeho je patrné, že jediná chybička vede k rozsáhlé destrukci a proto je třeba pro opravu měniče zvolit ideálně odbornou dílenskou opravu, ukončenou testy a měřeními osciloskopy apod. A hlavně zárukou na provedení opravy.

Pokud je stroj WH 160 ze 60-70 let, tak jej vyráběla Skodovka. Hlavní motor 55 kW byl řízen pomocí soustroji W-L. Je to velký stroj o váze 68 tun a rozměrech n6 x 12 m. Příkon přes 100 kVA.

V 70-80 létech bylo moderní rušit rotační měniče a přejít na tyristory. Jenže tehdy podporovaná snaha dělat retrofity přes zlepšovací návrhy a bez zkušenosti, vedla k velké poruchovost a tím ke značným prostojům.

Je nutná důkladná analýza problému s náročným měřením a analýzou rizika a navržením řešení. Retrofit může být jednoduchý ale i náročný. Vyžaduje to zkušeností v oboru řízení DC strojů. Nakonec všechny body problému popsal kolega Martin Kurka, který má letité zkušenosti s retrofity. Moje zkušeností jsou spíše uživatelské z pohledu údržby, ale mým koníčkem bylo sledovat poruchovost ve velké firmě a navrhovat stroje do střední a generální opravy. Poruchovost se musí vyhodnocovat i s náklady

Viděl jsem při revizní a kontrolní činnosti moderní WH 160 CNC se skvělou elektrikou od Heidenhaina