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(shè)備有限公司東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司用戶培訓(xùn)資料用戶培訓(xùn)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(shù)功率單元旁通技術(shù)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(hào)定義功率單元型號(hào)定義6功率單元控制驅(qū)動(dòng)板件功率單元控制驅(qū)動(dòng)板件71概述概述用戶培訓(xùn)資料功率單元用戶培訓(xùn)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(jìn)行整流、濾波、逆變的高壓變頻器部件，是構(gòu)成高壓變頻器主回路的主要部分。每個(gè)功率單元都相當(dāng)于一臺(tái)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(xùn)資料功率單元用戶培訓(xùn)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(nèi)部封裝形式有以下兩種，圖1所示的封裝內(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(jù)IEC971 (1989)對(duì)半導(dǎo)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(jù)IEC971 (1989)對(duì)半導(dǎo)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(shù)品牌： Semikron 、 Eupec；電壓等級(jí)：1400V、1800V；整流橋型號(hào)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(duì)整流橋整流后的直流進(jìn)行濾波，同時(shí)儲(chǔ)能。 目前我公

6、司使用的電解電容品牌有： NICHICON（日本）、BHC（英國(guó)）、CDE（美國(guó)）、EPCOS（德國(guó)）。 使用的電壓等級(jí)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(jié)合了BJT（大功率晶體管）和MOSFET（功率場(chǎng)效應(yīng)管）二者優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合型器件，它既具有MOS器件的工作速度快，驅(qū)動(dòng)功率小的優(yōu)點(diǎn)，又具備

7、了大功率晶體管的電流能力大，導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點(diǎn)，是目前最具有優(yōu)勢(shì)的電力電子器件，在電力電子行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。IGBT是功率單元上的重要器件，其作用是逆變（將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鳎?。我公司目前使用的IGBT 大部分為“雙管”（內(nèi)部封裝了兩組IGBT芯片），內(nèi)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(jí)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(jiǎn)稱。一種可控整流電子元件，能在外部控制信號(hào)作用下由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，但一旦導(dǎo)通，外部信號(hào)就無法使其關(guān)斷，只能靠去除負(fù)載或降低其兩端電壓使其關(guān)斷。我公司的產(chǎn)品上，可控硅用于充電電路和旁通回路，均起“電子開關(guān)”作用。我公司使用的可控硅內(nèi)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(jí)有：1400V、1800V；型號(hào)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(xùn)資料功率單元用戶培訓(xùn)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(chǎn)品，對(duì)這四代產(chǎn)品對(duì)比如表1： 表1 四代功率單元對(duì)

10、比表 目前，我公司已推出兩個(gè)系列的第四代功率單元產(chǎn)品，其它系列正在研發(fā)當(dāng)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(xùn)資料功率單元用戶培訓(xùn)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?nèi)糠蛛娐方M成，如圖7所示：由于我公司技術(shù)不斷進(jìn)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(shù)。 圖7 功率單元主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖All

11、 Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.5功率單元旁通技術(shù)功率單元旁通技術(shù)用戶培訓(xùn)資料功率單元用戶培訓(xùn)資料功率單元All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.可控硅旁通技術(shù)可控硅旁通技術(shù)5- 11、可控硅旁通技術(shù)、可控硅旁通技術(shù)該技術(shù)就是利用可控硅進(jìn)行旁通控制，即采用圖8所示的電路實(shí)現(xiàn)圖7中的“電子開關(guān)”功能。 圖8 旁通回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd

12、.該技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：1）容易受干擾（門極導(dǎo)通閾值低2V）；2）不易關(guān)斷，應(yīng)用不靈活；3）體積較大，不利于小型化；4）旁通時(shí)產(chǎn)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(shù)術(shù)5- 22、主回路、主回路IGBT旁通技術(shù)旁通技術(shù)該技術(shù)為我公司專利技術(shù)我公司專利技術(shù)。它是利用IGBT進(jìn)行旁通控制，即采用主回路上的4只IGBT（圖9）實(shí)現(xiàn)圖7中的“電子開關(guān)”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(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：1）無額外成本開支；主回路必不可少；2）開關(guān)驅(qū)動(dòng)可靠，靈活；3）在故障消失后，可以自動(dòng)回復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)；4）旁通時(shí)不產(chǎn)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(hào)定義功率單元型號(hào)定義用戶培訓(xùn)資料功率單元用戶培訓(xùn)資料功率單元All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.第三代功率單元型號(hào)定義第三代功率

14、單元型號(hào)定義6- 11.第三代功率單元型號(hào)定義第三代功率單元型號(hào)定義1 1）普通型型號(hào)定義）普通型型號(hào)定義型號(hào)：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(jìn)進(jìn)型型號(hào)定型型號(hào)定義義型號(hào)：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(jìn)型功率單元。 All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.第四代功率單元型號(hào)定義第四代功率單元型號(hào)定義6- 22.第四代功率單元型號(hào)定義第四代功率單元型號(hào)定義型號(hào)：如I-6B、I-10C、IV-6A等。All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.7功率單元控制驅(qū)動(dòng)板件功率單元控制驅(qū)動(dòng)板件用戶培訓(xùn)資料功率單元用戶培訓(xùn)資料功率單元All Rights Reserved, Copyright 2004 DongFang Hitachi., Ltd.

16、發(fā)展經(jīng)歷發(fā)展經(jīng)歷7- 11、我公司功率單元控制驅(qū)動(dòng)板件發(fā)展經(jīng)歷、我公司功率單元控制驅(qū)動(dòng)板件發(fā)展經(jīng)歷 我公司功率單元控制驅(qū)動(dòng)板件隨著功率單元的發(fā)展而發(fā)展，大概經(jīng)歷3個(gè)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(cè)板、驅(qū)動(dòng)板； 第二階段：共4塊板件，電源板、控制板、驅(qū)動(dòng)板、旁通板； 第三階段：共2塊板件，二合一控制板、驅(qū)動(dòng)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(yīng)用的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量的改進(jìn)設(shè)計(jì)，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(hào)，給驅(qū)動(dòng)板提供控制信號(hào)；b. 進(jìn)行實(shí)時(shí)故障監(jiān)測(cè)，向主控系統(tǒng)上報(bào)故障信息；c. 給單元驅(qū)動(dòng)板供電。板件接口：板件接口：a. 光纖接口：與主控系統(tǒng)進(jìn)行連接；b. 電壓檢測(cè)接口：與單元正負(fù)母線連接；c. 驅(qū)動(dòng)板信號(hào)（Top1、Top2、/Lock、ERR）接口：與驅(qū)動(dòng)板連接；d. 15V電源輸出接口：與驅(qū)動(dòng)板連接，為驅(qū)動(dòng)板供電；e. 缺相檢測(cè)接口：接功率單元整流橋輸入端；f 過熱檢測(cè)接口：接溫度檢測(cè)開關(guān)；g. 充電可控硅驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口（預(yù)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(qū)動(dòng)板單元驅(qū)動(dòng)板7- 33.單元驅(qū)動(dòng)板單元驅(qū)動(dòng)板板件作用：板件作用： 接收單元控制板的控制信號(hào)，為單元上的四路IGBT提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，上報(bào)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(hào)（Top1、Top2、/Loc