高壓變頻器功率單元

1、All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.東方日立（成都）電控設備有限公司東方日立（成都）電控設備有限公司東方日立（成都）電控設備有限公司用戶培訓資料用戶培訓資料功率單元功率單元吳天鵬吳天鵬20122012年年5 5月月1功率單元旁通技術功率單元旁通技術5目錄目錄概述概述2主要功率器件主要功率器件3我公司功率單元發(fā)展歷程我公司功率單元發(fā)展歷程4功率單元主回路功率單元主回路功率單元型號定義功率單元型號定義6功率單元控制驅動板件功率單元控制驅動板件71概述概述用戶培訓資料功率單元用戶培訓資料功率單元All Rights R

2、eserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.概述概述1 功率單元是使用功率電力電子器件進行整流、濾波、逆變的高壓變頻器部件，是構成高壓變頻器主回路的主要部分。每個功率單元都相當于一臺交-直-交電壓型單相低壓變頻器。All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.2主要功率器件主要功率器件用戶培訓資料功率單元用戶培訓資料功率單元All Rights Reserv

3、ed, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.整流橋整流橋2- 11、整流、整流橋橋1.1整流橋封裝形式其作用是整流（將交流變成直流）。我公司使用的整流橋內部封裝形式有以下兩種，圖1所示的封裝內部有6只整流二極管，用在功率單元的三相輸入端；圖2所示的封裝內部有2只整流二極管，用在功率單元的三相輸入端以及旁通回路中。1.2整流橋工作原理在我公司產品上，整流二極管的工作方式均為全波不控整流。All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.All Rights Reserved, Copyri

4、ght 2004 DongFang Hitachi., Ltd.1） ）單單相全相全橋橋不控整流不控整流單相全橋不控整流電路，根據IEC971 (1989)對半導體變換器的指定編碼屬于：B2U。工作原理如圖3所示：All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.2）三相全）三相全橋橋不控整流不控整流 三相全橋不控整流電路，根據IEC971 (1989)對半導體變換器的指定編碼屬于：B6U。工作原理如圖4所示：All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.

5、1.3我公司使用整流橋的常規(guī)參數品牌： Semikron 、 Eupec；電壓等級：1400V、1800V；整流橋型號說明：例如：SKD62/18為Semikron公司額定電流 62A、額定電壓1800V的6只整流二極管封裝的整流橋，SKKD260/14為Semikron公司額定電流260A、額定電壓1400V的2只整流二極管封裝的整流橋。All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.電解電容電解電容2- 22、 、電電解解電電容容 這里所說的電解電容為鋁電解電容，其作用是對整流橋整流后的直流進行濾波，同時儲能。 目前我公

6、司使用的電解電容品牌有： NICHICON（日本）、BHC（英國）、CDE（美國）、EPCOS（德國）。 使用的電壓等級有：400Vdc。 使用的容量有3300uF、6800uF、10000uF。 All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.IGBTIGBT2- 33、 、IGBT IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor ），絕緣柵雙極晶體管，是一種結合了BJT（大功率晶體管）和MOSFET（功率場效應管）二者優(yōu)點的復合型器件，它既具有MOS器件的工作速度快，驅動功率小的優(yōu)點，又具備

7、了大功率晶體管的電流能力大，導通壓降低的優(yōu)點，是目前最具有優(yōu)勢的電力電子器件，在電力電子行業(yè)得到廣泛應用。IGBT是功率單元上的重要器件，其作用是逆變（將直流轉變?yōu)榻涣鳎?。我公司目前使用的IGBT 大部分為“雙管”（內部封裝了兩組IGBT芯片），內部封裝示意圖如圖5所示： All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.目前我公司使用的IGBT品牌有：Eupec、Semikron；使用的IGBT電壓等級有：1200V、1700V；例如：BSM100GB170DLC、FF400R12KE3。All Rights Reserve

8、d, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.可控硅可控硅2- 44、可控硅、可控硅可控硅(SCR，Silicon Controlled Rectifier)是可控硅整流器的簡稱。一種可控整流電子元件，能在外部控制信號作用下由關斷變?yōu)閷?，但一旦導通，外部信號就無法使其關斷，只能靠去除負載或降低其兩端電壓使其關斷。我公司的產品上，可控硅用于充電電路和旁通回路，均起“電子開關”作用。我公司使用的可控硅內部封裝形式如圖6所示： 。All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.目前我公司使用的

9、可控硅品牌有：Semikron； 使用的可控硅電壓等級有：1400V、1800V；型號例如：SKKH57/18E、SKKT210/14EAll Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.3我公司功率單元發(fā)展歷程我公司功率單元發(fā)展歷程用戶培訓資料功率單元用戶培訓資料功率單元All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.我公司功率我公司功率單單元元發(fā)發(fā)展展歷歷程程 我公司從成立到現(xiàn)在，在功率單元方面已推出四代產品，對這四代產品對比如表1： 表1 四代功率單元對

10、比表 目前，我公司已推出兩個系列的第四代功率單元產品，其它系列正在研發(fā)當中，將陸續(xù)推出。 All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.4功率單元主回路功率單元主回路用戶培訓資料功率單元用戶培訓資料功率單元All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.高壓大功率變頻器功率單元主回路由整流、濾波、逆變三部分電路組成，如圖7所示：由于我公司技術不斷進步，功率單元上的充電電路已逐步被取消，取而代之的是變頻器集總充電技術。 圖7 功率單元主回路拓撲結構圖All

11、 Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.5功率單元旁通技術功率單元旁通技術用戶培訓資料功率單元用戶培訓資料功率單元All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.可控硅旁通技術可控硅旁通技術5- 11、可控硅旁通技術、可控硅旁通技術該技術就是利用可控硅進行旁通控制，即采用圖8所示的電路實現(xiàn)圖7中的“電子開關”功能。 圖8 旁通回路拓撲結構圖All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd

12、.該技術存在以下缺點：1）容易受干擾（門極導通閾值低2V）；2）不易關斷，應用不靈活；3）體積較大，不利于小型化；4）旁通時產生噪音；5）器件多，可靠性低；6）成本高。All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.主回路主回路IGBTIGBT旁通技旁通技術術5- 22、主回路、主回路IGBT旁通技術旁通技術該技術為我公司專利技術我公司專利技術。它是利用IGBT進行旁通控制，即采用主回路上的4只IGBT（圖9）實現(xiàn)圖7中的“電子開關”功能。 圖9 主回路IGBT旁通示意圖All Rights Reserved, Copyri

13、ght 2004 DongFang Hitachi., Ltd.主回路IGBT旁通及自恢復技術的優(yōu)勢：1）無額外成本開支；主回路必不可少；2）開關驅動可靠，靈活；3）在故障消失后，可以自動回復到正常運行狀態(tài)；4）旁通時不產生噪音污染；5）器件少，可靠性高。 All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.6功率單元型號定義功率單元型號定義用戶培訓資料功率單元用戶培訓資料功率單元All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.第三代功率單元型號定義第三代功率

14、單元型號定義6- 11.第三代功率單元型號定義第三代功率單元型號定義1 1）普通型型號定義）普通型型號定義型號：如PC75A、PC100B、PC150A、PC200C、PC300A、PC400G等。 例如：PC200B表示配置IGBT 額定電流為200A、配置變頻器額定容量1000KVA的功率單元。 All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.2）改）改進進型型號定型型號定義義型號：如PC75N、PC100N、PC150N、PC200N、PC300N、PC400N等。 例如：PC200N表示配置IGBT額定電流為200A

15、的改進型功率單元。 All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.第四代功率單元型號定義第四代功率單元型號定義6- 22.第四代功率單元型號定義第四代功率單元型號定義型號：如I-6B、I-10C、IV-6A等。All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.7功率單元控制驅動板件功率單元控制驅動板件用戶培訓資料功率單元用戶培訓資料功率單元All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.

16、發(fā)展經歷發(fā)展經歷7- 11、我公司功率單元控制驅動板件發(fā)展經歷、我公司功率單元控制驅動板件發(fā)展經歷 我公司功率單元控制驅動板件隨著功率單元的發(fā)展而發(fā)展，大概經歷3個階段，如下： 第一階段：共5塊板件，一次電源板、二次電源板、光通信板、檢測板、驅動板； 第二階段：共4塊板件，電源板、控制板、驅動板、旁通板； 第三階段：共2塊板件，二合一控制板、驅動板All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.二合一控制板二合一控制板7- 22.二合一控制板二合一控制板 二合一控制板是在第三代功率單元多年應用的基礎上，經過大量的改進設計，將

17、電源板和控制板合二為一的板件。板件作用：板件作用：a. 接收主控系統(tǒng)信號，給驅動板提供控制信號；b. 進行實時故障監(jiān)測，向主控系統(tǒng)上報故障信息；c. 給單元驅動板供電。板件接口：板件接口：a. 光纖接口：與主控系統(tǒng)進行連接；b. 電壓檢測接口：與單元正負母線連接；c. 驅動板信號（Top1、Top2、/Lock、ERR）接口：與驅動板連接；d. 15V電源輸出接口：與驅動板連接，為驅動板供電；e. 缺相檢測接口：接功率單元整流橋輸入端；f 過熱檢測接口：接溫度檢測開關；g. 充電可控硅驅動信號接口（預留）：接上電可控硅門極。 All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.單元驅動板單元驅動板7- 33.單元驅動板單元驅動板板件作用：板件作用： 接收單元控制板的控制信號，為單元上的四路IGBT提供驅動信號，同時對驅動故障進行監(jiān)測，上報單元控制板。板件接口：板件接口：15V電源輸入接口：接單元控制板；輸入信號（Top1、Top2、/Loc