AB公共直流母線的選型與設(shè)計(jì)

AB公共直流母線的選型與設(shè)計(jì)概述眾所周知，如果工廠中有多個(gè)相同電壓的變頻器運(yùn)行，那么在同一時(shí)刻有的電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，有的處于發(fā)電狀態(tài)。處于電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)消耗電網(wǎng)能量，處于發(fā)電狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生能量。產(chǎn)生的能量要么通過(guò)制動(dòng)電阻以熱量的形式消耗掉，要么通過(guò)能量回饋單元返回電網(wǎng)。如果能夠?qū)l(fā)電狀態(tài)電動(dòng)機(jī)的能量直接傳給電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)，那么能耗制動(dòng)所浪費(fèi)的電能或者能量回饋單元的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用都可以節(jié)省出來(lái)，這就是公共直流胃線產(chǎn)生的初衷。AB公司推薦的公共直流胃線方案如圖1所示。TU時(shí)AB公司推薦的公共直流胃線方案如圖1所示。TU時(shí)Pt■睬Saur-:&設(shè)備選型AB公司生產(chǎn)的用于變頻器公共直流胃線的整流設(shè)備規(guī)格并不多，如表1所示。(1)產(chǎn)品目錄表120S系列產(chǎn)品目錄電壓描述產(chǎn)品型號(hào)400/480V400A獨(dú)立型20SD400NEN600A獨(dú)立型20SD600NEN1000A獨(dú)立型20SD1K0NEN1000A主機(jī)型20SD1K0NEM1000A從機(jī)型20SD1K0NES600/690V1000A獨(dú)立型20SF1K0NEN1000A主機(jī)型20SF1K0NEM1000A從機(jī)型20SF1K0NES(2)獨(dú)立型住機(jī)型/從機(jī)型的整流原理框圖獨(dú)立型/主機(jī)型/從機(jī)型的整流原理框圖見圖2/圖3/圖4.?圖2獨(dú)立型的整流設(shè)備圖中功能模塊：①六相橋式整流模塊②超溫開關(guān)③浪涌保護(hù)熔斷信號(hào)④MOV緩沖器電路⑤預(yù)充電電路板⑥使能繼電器⑧冷卻風(fēng)機(jī)GateDriverBoard—<1KI：1X2?■+=1?--80?^-CZHh!*iKF12i<■DCQM!PrschargepBoard惆ToGateDriverX4ontheSlave(FigureP.4)?r圖3主機(jī)型的整流設(shè)備圖中功能模塊：①六相橋式整流模塊②超溫開關(guān)③浪涌保護(hù)熔斷信號(hào)④MOV緩沖器電路⑤預(yù)充電電路板⑥使能繼電器⑦晶閘管門極驅(qū)動(dòng)電路板⑧冷卻風(fēng)機(jī)

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TtFromSal-eDnverMontheyrIFgureP.3arEEVWLHSlsVE;圖中功能模塊：①六相橋式整流模塊②超溫開關(guān)③浪涌保護(hù)熔斷信號(hào)④MOV緩沖器電路⑦晶閘管門極驅(qū)動(dòng)電路板⑧冷卻風(fēng)機(jī)⑨主/從整流器間的連接電線(3)獨(dú)立型住機(jī)型/從機(jī)型的整流原理框圖異同淺析從圖2-圖4可以看出獨(dú)立型/主機(jī)型/從機(jī)型整流器的區(qū)別。獨(dú)立型整流器獨(dú)立型整流器的預(yù)充電電路板的同步電源經(jīng)使能繼電器K1連接到整流橋的電源輸入端(L1/L2/L3)，其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖直接連接到晶閘管的門極。在門極脈沖的觸發(fā)下，晶閘管導(dǎo)通，+DC和-DC間產(chǎn)生直流電壓Ud，其值為：Ud=1.35U2COSa式中U2和a分別為L(zhǎng)1/L2間的電壓和觸發(fā)脈沖的控制角。主機(jī)型整流器主機(jī)型整流器的預(yù)充電電路與獨(dú)立型相同，敘述從略。與獨(dú)立型不同的是預(yù)充電電路產(chǎn)生的脈沖分成二路，一路經(jīng)晶閘管門極驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)后送自己的晶閘管，另一路經(jīng)排線送從機(jī)型整流器的門極驅(qū)動(dòng)板。從機(jī)型整流器從機(jī)型整流器沒有預(yù)充電電路，因此它無(wú)脈沖形成環(huán)節(jié)，它只能將主機(jī)型整流器送來(lái)的脈沖經(jīng)門極驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)后送到自己的晶閘管。同時(shí)，它也提供了向下一個(gè)從機(jī)型整流器輸入脈沖的接口。（4）選型要點(diǎn)a.并聯(lián)使用的整流器要選用主/從型的整流器主機(jī)型的整流器有自己的脈沖形成環(huán)節(jié)，所產(chǎn)生的脈沖除送入自己的晶閘管門極外，還送到從機(jī)型整流器的門極驅(qū)動(dòng)板。因此，二路脈沖的相位是相同的，它非常適合于并聯(lián)使用的整流器。這種設(shè)計(jì)能夠保證并聯(lián)的整流器的輸出電壓完全相同，可有效地防止并聯(lián)的整流器間出現(xiàn)環(huán)流。b?獨(dú)立（無(wú)并聯(lián)）使用的整流器要選用獨(dú)立型的整流器獨(dú)立型的整流器因有自己的脈沖形成環(huán)節(jié)，所產(chǎn)生的脈沖送入自己的晶閘管門極，因此它適合于獨(dú)立（無(wú)并聯(lián)）使用的整流器。c.十二相整流器要選用獨(dú)立型的整流器為了說(shuō)清楚這個(gè)問(wèn)題，有必要回顧一下十二相整流電路。如果讀者對(duì)這部分內(nèi)容搞不懂的話，請(qǐng)您看一下《半導(dǎo)體變流技術(shù)》這本書，相信您會(huì)明白的。圖5十二相整流電路整流變壓器是一臺(tái)帶有二套副線圈的裂解式變壓器。其中一個(gè)線圈是星形接法，另一個(gè)線圈則是角形接法，二套線圈的對(duì)應(yīng)線電壓相差30。電角度。二組線圈連接的三相橋式整流電路均為六相整流電路，即每組橋輸出的直流電壓在一個(gè)周期內(nèi)共有六個(gè)脈波（見圖5），故稱六相整流。但是，由于這二組橋輸入的交流電壓相位互差30°，因此，二組橋輸出的直流電壓波形也相差30°，故二組橋并聯(lián)后其直流電壓為十二個(gè)圖6六相整流波形圖（a=0）脈波，故稱十二相整流。十二相整流電壓波形脈動(dòng)較小，直流電壓中的交流分量較低，降低了對(duì)濾波器的要求，在大功率整流電源中被廣泛應(yīng)用。脈沖的同步晶閘管是一個(gè)相控元件，它是通過(guò)調(diào)節(jié)其門極相位（即控制角a）的方式來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通程度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)整流器輸出電壓高低之目的?？刂平莂一般都是以主電源對(duì)應(yīng)相波形的起始點(diǎn)（單相）或某相關(guān)相與另一相關(guān)相的交叉點(diǎn)（三相）為基礎(chǔ)，也就是說(shuō)晶閘管的門極脈沖一定要與元件側(cè)電源波形保持特定的相位關(guān)系，這就是所謂的晶閘管的門極脈沖與元件側(cè)電源要“同步”。獨(dú)立型和主機(jī)型的整流器都有預(yù)充電板（PrechargeBoard），同步信號(hào)經(jīng)接觸器K1接自主電源端L1/L2/L3,它能保證預(yù)充電板產(chǎn)生的門極脈沖與主電源是同步的。如前所述，十二相整流的二組橋主電源相差30°，因此，它們的門極脈沖也必須相差30°，也就是說(shuō)二組橋必須有自己獨(dú)立的脈沖形成環(huán)節(jié)（預(yù)充電板）。從這個(gè)意義上講，十二相整流—定要選擇獨(dú)立型的整流器?；蛘叻催^(guò)來(lái)說(shuō)，如果十二相整流選擇了主/從型整流器，則從機(jī)中沒有脈沖形成環(huán)節(jié)，只能將主機(jī)送來(lái)的脈沖驅(qū)動(dòng)后送入晶閘管的門極。因此，二組橋的脈沖相位一定是相同的，從機(jī)整流器的門極脈沖與主電源一定是不同步的。這也從反面證明了十二相整流一定要選擇獨(dú)立型的整流器，而不能采用主/從型的。如果十二相整流器誤選了主/從型的，從機(jī)肯定不能正常工作。

當(dāng)然，采用獨(dú)立型整流器構(gòu)成的十二相整流設(shè)備因有各自獨(dú)立的脈沖，可能無(wú)法保證控制角a完全一致，二個(gè)整流器輸出電壓將有所不同。如果電壓相差較大，低電壓的那個(gè)整流器中的晶閘管因承受反向電壓無(wú)法導(dǎo)通，而無(wú)法正常工作。這可能是本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一個(gè)缺陷。電路設(shè)計(jì)文獻(xiàn)1中給出了20S系列整流器接線參考圖，見圖7，十二相整流的接線圖見圖8.圖8十二相整流器接線圖控制端子定義0-115:內(nèi)部風(fēng)機(jī)（115V）1-2:內(nèi)部接觸器線圈（115V）4-5:內(nèi)部接觸器觸點(diǎn)（常閉）6-7:浪涌保護(hù)電路熔斷器斷8-9:主回路熔斷器斷10-11:超溫圖8的接線看起來(lái)好像很亂，但實(shí)際很好理解。115/1端子通過(guò)KA1連接到控制電源的一端，2/0端子連接到控制電源的另一端。二臺(tái)整流器共六個(gè)用于保護(hù)的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在接觸器KA1合閘回路里，六個(gè)保護(hù)觸點(diǎn)只要有一個(gè)斷開，KA1即斷開，因此用戶并不知道是什么原因引起的跳閘，這也是本電路的一個(gè)缺陷。當(dāng)然要解決這個(gè)問(wèn)題也很容易，只是電路要復(fù)雜一些，相信讀者是能夠設(shè)計(jì)出比這個(gè)更好的電路。KA1斷開后：—風(fēng)機(jī)停止-內(nèi)部接觸器K1斷開—同步電源斷開，脈沖停止（預(yù)充電板停止工作）十二相整流的平衡電抗器圖5的電路中可以看出，二個(gè)整流器并不是直接并聯(lián)的而是通過(guò)一個(gè)帶抽頭的電抗器并聯(lián)起來(lái)的，這個(gè)電抗器叫做平衡電抗器。圖9和圖10是圖5所示的二個(gè)整流器輸出的直流電壓波形。圖9星形整流橋直流電壓波形圖10角形整流橋直流電壓波形波形圖顯示，二個(gè)整流橋的直流輸出電壓幅值是相等的，但是其瞬時(shí)值是不相等的，它們彼此相差30°,二者相加后就變成了十二相整流。電工原理告訴我們，兩個(gè)電源并聯(lián)必須電壓相等且電壓瞬時(shí)值也要相等。如果電壓不相等，兩個(gè)電源中就會(huì)有環(huán)流出現(xiàn)。如果電壓的瞬時(shí)值不相等，兩個(gè)電源中就會(huì)有動(dòng)態(tài)環(huán)流出現(xiàn)，這些都是我們不希望的。但是由于二極管的單向?qū)щ娞匦?，二個(gè)整流電源并聯(lián)時(shí)即使電壓不相等也不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。圖11的模型能夠說(shuō)明這個(gè)結(jié)論。圖11二個(gè)整流電源并聯(lián)的模型如果Ud1>Ud2，因D2單向?qū)щ娮饔?，二個(gè)電源中不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，反之亦然。但是，如果Ud1>Ud2,D2會(huì)因承受反向電壓而關(guān)斷，實(shí)際只有電壓高的那個(gè)電源在工作。讓我們?cè)倩氐绞嗾?。前面曾?jīng)說(shuō)過(guò)，組成十二相整流的二個(gè)整流器輸出的電壓瞬時(shí)值是不相等的，因此，二個(gè)電源并不是同時(shí)工作，而是交替工作，它們并沒有真正地并聯(lián)起來(lái)。用平衡電抗器就可以圓滿地解決這個(gè)問(wèn)題，其工作原理從略，有興趣的讀者可閱讀相關(guān)的文獻(xiàn)，網(wǎng)上的資料也很多。細(xì)心的讀者一定會(huì)發(fā)現(xiàn)，圖8十二相整流器接線圖上構(gòu)成十二相整流電路的二個(gè)六相整流器是直接并聯(lián)在一起的，其間并未設(shè)平衡電抗器，與此處的敘述豈不自相矛盾？對(duì)具體事物要進(jìn)行具體分析。我們通常所用的十二相整流一般用于電機(jī)、電解、電鍍等設(shè)備，其負(fù)載是電感或電阻性的，而直流公共胃線逆變器是一個(gè)電壓型的變頻器，它的特征是直流側(cè)有一個(gè)巨大的電容器組。這個(gè)電容器組接到直流胃線上就相當(dāng)于接到了整流器的輸出端，整流電源就變成了濾波電源。在電容器的作用下，整流器輸出電壓中的交流分量被抹平，原來(lái)脈動(dòng)的直流電源變成一條直線，所謂的二個(gè)整流電源“電壓瞬時(shí)值不相等”也就不存在了，二個(gè)電源直接