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1.功率單元是利用電力電子器件進行整流、濾波和逆變的高壓逆變器部件,是高壓逆變器主電路的主要部分。每個功率單元相當于一個交流-DC-交流電壓型單相低壓變頻器。
二、主要動力裝置
1.整流橋
1.1整流橋的封裝形式
它的功能是整流(將交流電轉(zhuǎn)換成DC)。我公司使用的整流橋內(nèi)部封裝有以下兩種形式。圖1所示封裝中有6個整流二極管,用于功率單元的三相輸入端。封裝內(nèi)有兩個整流二極管,如圖2所示,用于電源單元的三相輸入端和旁路電路。
1.2整流橋的工作原理
在我公司的產(chǎn)品上,整流二極管的工作方式是全波無控整流器。
1)單相全橋無控整流
根據(jù)IEC971 (1989),單相橋式無控整流電路屬于B2U。工作原理如圖3所示:
2)三相全橋無控整流
三相全橋無控整流電路,根據(jù)IEC971 (1989),半導體轉(zhuǎn)換器的指定代碼屬于B6U。工作原理如圖4所示:
1.3我公司使用的整流橋的一般參數(shù)
品牌:塞米克朗、歐派克;
等級:1400伏、1800伏;
整流橋的型號描述:
例如,SKD62/18是Semikron公司額定電流62A、額定電壓1800V的6個整流二極管封裝的整流橋,SKKD260/14是Semikron公司額定電流260A、額定電壓1400V的2個整流二極管封裝的整流橋。
2.電解電容
這里所說的電解電容器是鋁電解電容器,其功能是對整流橋整流后的DC濾波,同時儲能。
目前,我公司使用的電解電容器品牌有:
日本、英國、CDE、EPCOS。
使用的電壓等級為:400Vdc。
使用的容量為3300uF、6800uF和10000uF。
3、IGBT
IGBT(絕緣柵雙極型晶體管),絕緣柵雙極型晶體管,是一種結(jié)合了BJT(高功率晶體管)和MOSFET(功率場效應晶體管)優(yōu)點的復合器件。它不僅具有MOS器件工作速度快、驅(qū)動功率低的優(yōu)點,還具有大功率晶體管的大電流容量和低導通電壓的優(yōu)點。它是目前最具優(yōu)勢的電力電子器件,廣泛應用于電力電子行業(yè)。
IGBT是動力裝置中的重要設備,其功能是逆變器(將DC轉(zhuǎn)換為交流電)。目前我公司使用的IGBT多為“雙晶體管”(內(nèi)部封裝兩組IGBT芯片),內(nèi)部封裝示意圖如圖5所示:
目前使用的IGBT品牌有:歐派、賽米克朗;
使用的IGBT電壓等級為:1200伏和1700伏;
例如:BSM100GB170DLC、FF400R12KE3
4.教員公用室
可控硅是可控硅的簡稱。一個可控整流電子元件在外部控制信號的作用下可以從關(guān)斷變?yōu)閷?,但一旦導通,外部信號就無法將其關(guān)斷,因此只能通過切除負載或降低兩端電壓的方式將其關(guān)斷。
在我公司的產(chǎn)品中,充電電路和旁路電路都采用了可控硅,都起到了“電子開關(guān)”的作用。我公司使用的可控硅內(nèi)部封裝形式如圖6所示:
目前使用的SCR品牌有:Semikron;
所用可控硅的電壓等級為:1400伏、1800伏;
例如:SKKH57/18E、SKKT210/14E
三 功率單元發(fā)展歷程
在動力單元方面已經(jīng)推出了四代產(chǎn)品,而對于這四代產(chǎn)品 品對比如表1:表1 四代功率單元對比表
四 功率單元主回路
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)。
五 功率單元旁通技術(shù)
1、可控硅旁通技術(shù)
該技術(shù)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(guān)”功能。
該技術(shù)存在以下缺點:
1)容易受干擾(門極導通閾值低<2V);
2)不易關(guān)斷,應用不靈活;
3)體積較大,不利于小型化;
4)旁通時產(chǎn)生噪音;
5)器件多,可靠性低;
6)成本高。
2、主回路IGBT旁通技術(shù)
該技術(shù)為我公司專利技術(shù)。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(guān)”功能。
主回路IGBT旁通及自恢復技術(shù)的優(yōu)勢:
1)無額外成本開支;主回路必不可少;
2)開關(guān)驅(qū)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(chǎn)生噪音污染;
5)器件少,可靠性高。
六 功率單元型號定義
1.第三代功率單元型號定義
1)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。
2)改進型型號定義
型號:如PC75N、PC100N、PC150N、PC200N、PC300N、PC400N等。
例如:PC200N表示配置IGBT額定電流為200A的改進型功率單元。
2.第四代功率單元型號定義
型號:如I-6B、I-10C、IV-6A等。
七 功率單元控制驅(qū)動板件
功率單元控制驅(qū)動板件發(fā)展經(jīng)歷
功率單元控制驅(qū)動板件隨著功率單元的發(fā)展而發(fā)展,大概經(jīng)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(qū)動板;
第二階段:共4塊板件,電源板、控制板、驅(qū)動板、旁通板;
第三階段:共2塊板件,二合一控制板、驅(qū)動板
2.二合一控制板
二合一控制板是在第三代功率單元多年應用的基礎(chǔ)上,經(jīng)過大量的改進設計,將電源板和控制板合二為一的板件。
板件作用:
a. 接收主控系統(tǒng)信號,給驅(qū)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(qū)動板供電。
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(qū)動板信號(Top1、Top2、/Lock、ERR)接口:與驅(qū)動板連接;
d. 15V電源輸出接口:與驅(qū)動板連接,為驅(qū)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(guān);
g. 充電可控硅驅(qū)動信號接口(預留):接上電可控硅門極。
3.單元驅(qū)動板
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(qū)動信號,同時對驅(qū)動故障進行監(jiān)測,上報
單元控制板。
板件接口:
15V電源輸入接口:接單元控制板;
輸入信號(Top1、Top2、/Lock) :接單元控制板;
輸出信號(ERRout):接單元控制板;
輸出信號(TOP1、BOT1、TOP2、BOT2路IGBT驅(qū)動信
號):分別接TOP1 、BOT1、TOP2、BOT2路IGBT的C、
G、E極。
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