三相逆變器課件

課題五25T–2×35kVA＋12kVA逆變器的組成、參數(shù)與原理一、結構組成2臺35kVA的逆變器+1臺不小于12kVA的變壓器二、主要技術參數(shù)輸入：DC600V（500V~660V）輸出：380V±5%控制電路電壓：DC110V（DC130V~77V）額定輸出容量：2×35kVA額定輸出頻率：50±1Hz三相四線變壓器輸出容量：≥10kVA課題五25T–2×35kVA＋12kVA逆變器的組成、參1三、逆變器的基本工作原理直流電變成交流電的過程即成為逆變.電力機車品質很差的單相交流電無法直接供給客車的用電設備,內燃機車輸出三相電壓頻率變化也不能直接使用,因而都需要逆變.在每個周期內將直流電壓分成若干脈沖,脈沖的寬度左右對稱,這些脈沖的面積正好等于正玄波面積.如果輸出不帶濾波器,稱為調制波輸出,調制頻率f=Kx50,調制頻率越高,電動機的電流波形越接近正玄波.輸出電壓為AC380V與所需要的直流電壓之比,稱為調制深度,不同的調制深度對應不同的輸入電壓等級.國外有600V、670V、720V、750V等，但輸出也有AC440V。按照正玄波規(guī)律的調制脈沖，控制6只IGBT的導通和關斷，即可輸出三相調制電壓，經LC濾波后，變成正玄波，調制頻率越高，濾波器體積越小，但技術難度較大。DC600VR緩沖及濾波A0CBUAUBUAB=UA-UBUAB=UA-UB1、基本原理三、逆變器的基本工作原理直流電變成交流電的過程即成為逆變.電2兩個概念：

強迫啟動或突投――負載直接啟動而不實行VVVF啟動的方式稱為強迫啟動或突投。調制頻率：逆變器的輸出是將直流電壓分割成若干個脈沖，這些脈沖的面積，正好等于正弦波的面積。通常情況下，一個周期內脈沖的個數(shù)乘以50即為調制頻率。2、軟啟動

采用輸出電壓（U）和輸出頻率（f）同時變化并保證U/f=C（常數(shù)）即可實現(xiàn)軟啟動。兩個概念：強迫啟動或突投――負載直接啟動而不實行VVVF啟3四、三相逆變器電路原理（一）主電路的組成1．輸入輸出隔離電路KM1、KM3KM1、KM3電磁接觸器，其主要功能是在逆變器、輸入電路或輸出負載發(fā)生故障時實施隔離，防止故障擴散。DC+DC-KM1KM1FUR0KM2R1R2C2C1V1V3V2V4V6V5L1L2L3C3C4C5UVWKM3四、三相逆變器電路原理（一）主電路的組成1．輸入輸出隔離電路4四、三相逆變器電路原理（一）主電路的組成2．中間支撐電路C1、C2；R1、R2主要由濾波電容C1、C2組成。其主要功能是濾平輸入電路的電壓紋波，當負載變化時，使直流電壓平穩(wěn)。由于逆變器功率較大，因此濾波電容的容量較大，一般使用電解電容。但由于電解電容的電壓等級限制（一般最高工作電壓為450V），需要兩個電容串聯(lián)后再并聯(lián)。由于電容自身參數(shù)的離散，使得串聯(lián)的兩個電容電壓無法完全一致，因此采用電容兩端并聯(lián)均壓電阻的方法，如圖中的R1和R2。R1和R2的另一個作用是在逆變器停止工作時，將電容上的電壓放掉。DC+DC-KM1KM1FUR0KM2R1R2C2C1V1V3V2V4V6V5L1L2L3C3C4C5UVWKM3四、三相逆變器電路原理（一）主電路的組成2．中間支撐電路C15四、三相逆變器電路原理（一）主電路的組成3．緩沖電路由R0和KM2組成。電容的特性是電壓不能突變，因此在合閘瞬間，電容的電壓很低，基本可以認為瞬間短路，因此對電源造成很大的沖擊電流，這個電流足以使保護熔斷器熔斷，因此逆變器電流一般都有輸入緩沖電路。其工作原理為：在輸入端施加電壓時，先通過緩沖電阻R0對電容充電，當電容電壓充到一定值時（比如540V），KM2吸合，將R0短路。只有在電阻R0短路后，三相逆變電路才能啟動工作。DC+DC-KM1KM1FUR0KM2R1R2C2C1V1V3V2V4V6V5L1L2L3C3C4C5UVWKM3四、三相逆變器電路原理（一）主電路的組成3．緩沖電路DC+6四、三相逆變器電路原理（一）主電路的組成4．橋式三相逆變電路由V1～V6組成的橋式三相逆變主電路是逆變器的核心電路，目前大部分逆變器采用IGBT和IPM作為開關器件。IGBT是MOSFET和GTR復合的產物，具有GTR的導通特性和MOSFET的驅動特性，驅動簡單、功率小，開關頻率高，通態(tài)壓降低、損耗功率小。IPM是一種智能型模塊，是把IGBT的驅動電路、保護電路及部分接口電路和功率電路集成于一體的功率器件。35KVA等級的DC600V逆變器一般采用1200V/300A的模塊，IGBT和IPM分為單單元和雙單元，所謂雙單元是指一個模塊上包含上下橋臂的兩個IGBT（或IPM）。6只單單元器件或3只雙單元模塊可構成三相逆變器的主電路。

DC+DC-KM1KM1FUR0KM2R1R2C2C1V1V3V2V4V6V5L1L2L3C3C4C5UVWKM3四、三相逆變器電路原理（一）主電路的組成4．橋式三相逆變電路7四、三相逆變器電路原理（一）主電路的組成5．交流濾波電路由L1～L3和C1～C3組成，主要是將逆變器輸出的PWM波變成準正弦波。早期的逆變器輸出波形PWM波，諧波含量高，很多負載無法適應。根據(jù)鐵道部新的技術條件要求，25T客車使用的逆變器輸出為正弦波。由于驅動和保護技術的不斷完善，使逆變器的調制頻率提高，最高可達到6k～8k，因而濾波電感和電容的體積并不太大。DC+DC-KM1KM1FUR0KM2R1R2C2C1V1V3V2V4V6V5L1L2L3C3C4C5UVWKM3四、三相逆變器電路原理（一）主電路的組成5．交流濾波電路DC81）T1、T2時間內，V1、V4同時導通，U為+，V為-，uUV為+且Um=Ud。2）T4、T5時間內，V2、V3同時導通，U為-，V為+，uUV為-且Um=-Ud。3）T3、T4時間內，V3、V6同時導通，V為+，W為-，uVW為+且Um=Ud。4）T6、T1時間內，V4、V5同時導通，V為-，W為+，uVW為-且Um=-Ud。5）T5、T6時間內，V5、V2同時導通，W為+，U為-，uWU為+且Um=Ud。6）T2、T3時間內，V1、V6同時導通，W為-，U為+，uWU為-且Um=-Ud。

上下橋臂的‘死區(qū)’SPWM波形V1V2V3V4V5V6uUVWUuuVWT1T2T3T4T5T6T1（二）主電路的工作原理ABV1V2V3V4V5V6UVWUd1）T1、T2時間內，V1、V4同時導通，U為+，V為-，u9（三）逆變器的保護功能1．過壓保護輸入電源、電動機的突然停止和線路感抗等是引起逆變器過壓的原因。對于輸入電源的短時過壓，逆變器一般進行檢測后，自動停止工作，當電源恢復正常后，逆變器可以自動重新工作，但對于輸入電源的長時間過壓，則逆變器將切斷輸入電路進行隔離保護；對于電動機的突然停止，由逆變器本身的中間支撐電容和系統(tǒng)內其他負載消化；對于線路感抗產生的過電壓，則依靠逆變器自身的吸收電路來解決。（三）逆變器的保護功能102．欠壓保護由于接觸網電壓的波動，有可能造成輸出欠壓，但在這種情況下逆變器可以不停止工作，而是采取降頻降壓的方式工作，即當輸入電壓低于540V時，逆變器按照U/F=C的規(guī)律降頻降壓工作。電力機車由于存在過分相的問題，因此欠壓保護可以不考慮保護，而只是進行提示。2．欠壓保護113．過流保護逆變器在下列情況下會出現(xiàn)過流：（1）負載尤其是電動機負載的沖擊；（2）輸出側短路；（3）自身工作不正常，如逆變橋臂中某個IGBT損壞、上下橋臂同時導通等。25T客車用的逆變器在技術要求中已明確要求逆變器具備承受電動機負載突加與突減的能力；當輸出側和負載發(fā)生短路時，逆變器能立即封鎖脈沖輸出，并停止工作，這種保護是一次性的，必須在故障清除后，逆變器才能重新工作。逆變器在三相輸出側都安裝了電流檢測傳感器，傳感器的輸出信號既做輸出電流的監(jiān)測，又用于過流和過載保護；逆變器的內部過流保護一般依靠IGBT的驅動模塊或IPM的內部電流檢測電路來實現(xiàn)，其原理是檢測IGBT或IPM導通時的管壓降Uce，當器件故障時，Uce會發(fā)生變化，根據(jù)變化來判斷是否過流并采取保護對策，如減低驅動脈沖的幅值、封鎖脈沖等。3．過流保護124．過載保護由于某種原因，使逆變器的輸出超過其自身的輸出能力，稱為過載。逆變器的過載檢測由輸出側的電流傳感器或輸入側的直流電流傳感器完成。一般情況下逆變器的過載保護為反時限特性，即設定過載電流為額定電流的1.5倍持續(xù)1min后保護，低于1.5倍可延長保護動作時間，高于1.5倍時則保護動作的時間小于1min。4．過載保護135．過熱保護IGBT工作時，產生各種損耗，其中主要包括導通過程損耗、通態(tài)損耗和關斷時的損耗，這些損耗以熱量的形式通過散熱器向外傳送。當調制頻率低即IGBT的開關頻率低時，通態(tài)損耗占主要成分，散熱器的溫升不會太高，而當開關頻率增高后，IGBT的開關損耗便不可忽略，因此散熱器溫升相對升高。半導體器件工作在較高的溫度環(huán)境下，性能、壽命、可靠性等都受到影響，因此需要對IGBT進行過熱保護。25T客車使用的逆變器開關頻率比較高，靠散熱器的自然冷卻有一定的難度，因此大都采用風扇強迫冷卻，當散熱器的溫度達到一定值時（設置為65oC～80oC不等），風扇啟動。當散熱器溫度超過允許溫度時，安裝在散熱器上的熱保護繼電器給出信號，逆變器的控制電路自動封鎖脈沖，逆變器停止工作。5．過熱保護14（四）逆變器故障時的對策逆變器的可靠性對保障客車空調系統(tǒng)的正常工作至關重要，在提高逆變器的可靠性要求的同時，應當考慮故障情況下的對策。25T客車采用兩個35kVA逆變器，其中一個專門為空調機組供電，而另一個為其他三相負載供電，在一個逆變器出現(xiàn)故障時，通過控制系統(tǒng)可以轉換到無故障電源，同時空調機組減半載運行

NBQ1KM1KM3KM2NBQ2綜合控制柜（四）逆變器故障時的對策逆變器的可靠性對保障客車空調系統(tǒng)的正15第五節(jié)25T–2×35kVA＋12kVA逆變器的使用與故障(一)使用中應注意的基本問題1．必須注意輸入DC600V和DC110V的極性不能接反。2.兩個逆變器的輸出不能并聯(lián)，逆變器的輸出三相禁止接入其他電源。3．逆變器工作之前，最好能測量負載三相是否平衡，是否存在短路。4．啟動時先合DC110V控制電源再合主電源，停止時先斷主電路電源，再斷控制電源，禁止工作中突然斷開控制電源。5．避免逆變器在空載輸出情況下，突加全部空調負載（控制電源正常，空調主電路開關由斷開狀態(tài)突然合閘）。6．模擬量控制線、數(shù)字信號線和通信線采用屏蔽線，屏蔽層靠近逆變器的一端接在控制電路的公共端（COM），另一端懸空。7．開關量、控制信號線可以不用屏蔽線，但同一信號的進出兩根線盡可能使絞在一起。8．兩臺逆變器分別接地，不允許兩逆變器的地線連接后在接地

NBQ1NBQ2NBQ1NBQ2PEPE允許不允許第五節(jié)25T–2×35kVA＋12kVA逆變器的使用16二、維護與檢修

根據(jù)機車車輛的一般檢修體制并考慮到25T客車逆變器箱的特點，本逆變器的修程分為入庫檢修、日常維護、一級檢修A1、二級檢修A2、三級檢修A3、四級檢修A4。檢修周期定義：一級檢修A1：30萬公里二級檢修A2：60萬公里三級檢修A3：120萬公里四級檢修A4：240萬公里1．出、入庫檢查檢查各吊裝螺絲是否松動及門鎖是否鎖緊。檢查電源系統(tǒng)是否正常，接入DC600V應能正常工作。2．日常維護該客車逆變器箱正常運行情況下不需要維護。但為保證其正常安全運行，應經常檢查箱體安裝螺絲、各部分緊固螺絲及門鎖，確保沒有松動。二、維護與檢修17部位檢查項目檢查內容判斷依據(jù)及相應對策A1修A2修A3修A4修逆變器箱體骨架變形、傷痕、裂紋裂紋、變形、傷痕等情況已影響輔助電源的密封和使用，需修復或更換?！獭獭坦耖T變形、傷痕、裂紋裂紋、變形、傷痕等情況已影響輔助電源的密封和使用，需修復或更換?！獭獭炭刂凭€插頭變形、傷痕、裂紋、松動裂紋、變形、傷痕等情況已影響輔助電源的密封和使用，需修復或更換，有松動情況需要重新擰緊或更換。√√√√表25T客車逆變器A1～A4檢修部位檢查項目檢查內容判斷依據(jù)及相應對策A1修A2修A3修A418部位檢查項目檢查內容判斷依據(jù)及相應對策A1修A2修A3修A4修逆變器箱內部檢查布線老化、破損更換老化嚴重及破損的導線√√√√√√接線端子、密封套、連接器變形、破損、脫扣、生銹，更換。緊固螺釘松動、脫落重新擰緊√√√逆變器模塊布線檢查緊固件檢查布線情況及緊固件如出現(xiàn)上述問題則采取相應對策√√√密封圈存在永久變形或彈性差時需更換√√√散熱器檢查檢查積灰情況并除塵√√√電容組件電容漏液或塌陷時更換電容或組件√√√√IGBT元件元件有裂紋或放電痕跡時查明原因并更換相應元件√√√√部位檢查項目檢查內容判斷依據(jù)及相應對策A1修A2修A3修A419逆變器箱內部檢查電阻、濾波器、電流／電壓傳感器外觀檢查表面如積灰，需清掃干凈，脫色或損壞，需更換。√√√√接線端子檢查有松動的連接部分重新緊固，更換有裂紋或變形的部分。√√√LC濾波器檢查風扇轉動情況，不正常則更換?！獭獭獭探佑|器通電動作情況觸頭是否有連跳、卡死、粘連，出現(xiàn)任何異常必須更換?！獭獭獭逃|頭表面顏色或磨損觸頭表面顏色發(fā)黑或磨損超過1.5mm，更換接觸器?！獭獭獭躺犸L扇外觀檢查若有破損，需更換?！獭獭獭掏妱幼髑闆r通電情況下，動作不正常，需更換?！獭獭獭探^緣檢測高壓端對地低壓端對地高低壓之間用500V搖表測量√√試驗控制系統(tǒng)整機功能依據(jù)使用說明書分別進行弱電、強電實驗?！獭獭獭棠孀兤飨鋬炔繖z查電阻、濾波器、電流／電壓傳感器外觀檢查表面如20二、維護與檢修

根據(jù)機車車輛的一般檢修體制并考慮到25T客車逆變器箱的特點，本逆變器的修程分為入庫檢修、日常維護、一級檢修A1、二級檢修A2、三級檢修A3、四級檢修A4。檢修周期定義：一級檢修A1：30萬公里二級檢修A2：60萬公里三級檢修A3：120萬公里四級檢修A4：240萬公里1．出、入庫檢查檢查各吊裝螺絲是否松動及門鎖是否鎖緊。檢查電源系統(tǒng)是否正常，接入DC600V應能正常工作。2．日常維護該客車逆變器箱正常運行情況下不需要維護。但為保證其正常安全運行，應經常檢查箱體安裝螺絲、各部分緊固螺絲及門鎖，確保沒有松動。二、維護與檢修21三、調試試驗調試的原則是先弱電，后強電，先輕載，后重載。此項試驗需要另外配套提供穩(wěn)定的不小于70kW的DC110V動力電源和不小于200W的DC110V控制電源、能測量逆變器的輸出基波電壓、電流及輸出基波頻率的諧波表，以及相應負載。1．弱電試驗僅給控制箱提供DC110V直流電壓，逆變器的開關電源插件控制開關置合（ON）位，開關電源應能正常工作。此時逆變器的主控板4A燈閃爍，逆變器板6A燈閃爍。檢查逆變器的主控板、逆變器控制板上的指示燈，除主控板27A燈周期性閃爍外應無任何紅色指示燈亮。若有紅色指示燈亮，表明系統(tǒng)有故障，應排除故障后方可進行后續(xù)試驗。三、調試試驗222．空載試驗系統(tǒng)接入600V直流電源，逆變器應能正常啟動，待穩(wěn)定后測量逆變器和變壓器的三相輸出電壓、輸出電壓的上升率、輸出電壓峰值，測量值應符和技術要求。3．輕載試驗系統(tǒng)接入600V直流電源，給逆變器帶上小風機（1～3kW）、變壓器帶小負載，應能正常啟動，輸出電流、電壓、頻率應符合技術要求。4．額定負載試驗系統(tǒng)接入600V直流電源，給逆變器和變壓器帶上額定負載運行，應能正常啟動，輸出電流、電壓、頻率應符合技術要求。2．空載試驗23四、常見故障分析及處理

在正常情況下，從置于車上的信息燈查看到逆變器正常的信號顯示，表示逆變器正常。另外，顯示屏還可以查看到有關逆變器的更詳細的信息。一般情況下，當客車逆變器發(fā)生故障時，在置于車上的顯示屏上會有相應的故障顯示或故障提示。檢修時，可根據(jù)故障提示進行有針對性的檢查、試驗和處理，從而確定具體故障點。在進行故障處理或檢修結束后，應進行通電試驗，以確保電源狀態(tài)完好。利用本裝置控制箱插件面板上信號燈及機車顯示屏信息可對故障進行判斷及排除，見表4—2。四、常見故障分析及處理24逆變器故