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1.功率單元是利用電力電子器件進(jìn)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(gè)功率單元相當(dāng)于一個(gè)交流-DC-交流電壓型單相低壓變頻器。

二、主要?jiǎng)恿ρb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(gè)整流二極管,用于功率單元的三相輸入端。封裝內(nèi)有兩個(gè)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(wú)控整流器。

1)單相全橋無(wú)控整流

根據(jù)IEC971 (1989),單相橋式無(wú)控整流電路屬于B2U。工作原理如圖3所示:

2)三相全橋無(wú)控整流

三相全橋無(wú)控整流電路,根據(jù)IEC971 (1989),半導(dǎo)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(jí):1400伏、1800伏;

整流橋的型號(hào)描述:

例如,SKD62/18是Semikron公司額定電流62A、額定電壓1800V的6個(gè)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(gè)整流二極管封裝的整流橋。

2.電解電容

這里所說(shuō)的電解電容器是鋁電解電容器,其功能是對(duì)整流橋整流后的DC濾波,同時(shí)儲(chǔ)能。

目前,我公司使用的電解電容器品牌有:

日本、英國(guó)、CDE、EPCOS。

使用的電壓等級(jí)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(chǎng)效應(yīng)晶體管)優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合器件。它不僅具有MOS器件工作速度快、驅(qū)動(dòng)功率低的優(yōu)點(diǎn),還具有大功率晶體管的大電流容量和低導(dǎo)通電壓的優(yōu)點(diǎn)。它是目前最具優(yōu)勢(shì)的電力電子器件,廣泛應(yīng)用于電力電子行業(yè)。

IGBT是動(dòng)力裝置中的重要設(shè)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(jí)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(jiǎn)稱。一個(gè)可控整流電子元件在外部控制信號(hào)的作用下可以從關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通,但一旦導(dǎo)通,外部信號(hào)就無(wú)法將其關(guān)斷,因此只能通過(guò)切除負(fù)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(kāi)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(jí)為:1400伏、1800伏;

例如:SKKH57/18E、SKKT210/14E

三 功率單元發(fā)展歷程

在動(dòng)力單元方面已經(jīng)推出了四代產(chǎn)品,而對(duì)于這四代產(chǎn)品

品對(duì)比如表1:

表1 四代功率單元對(duì)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(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)。

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(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(kāi)關(guān)”功能。

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。

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(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(kāi)關(guān)”功能。

主回路IGBT旁通及自恢復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì):

1)無(wú)額外成本開(kāi)支;主回路必不可少;

2)開(kāi)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。

六 功率單元型號(hào)定義

1.第三代功率單元型號(hào)定義

1)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。

2)改進(jìn)型型號(hào)定義

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的改進(jìn)型功率單元。

2.第四代功率單元型號(hào)定義

型號(hào):如I-6B、I-10C、IV-6A等。

七 功率單元控制驅(qū)動(dòng)板件

功率單元控制驅(qū)動(dòng)板件發(fā)展經(jīng)歷

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

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(yīng)用的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)大量的改進(jìn)設(shè)計(jì),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(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:

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(guò)熱檢測(cè)接口:接溫度檢測(cè)開(kāi)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。

3.單元驅(qū)動(dòng)板

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:

15V電源輸入接口:接單元控制板;

輸入信號(hào)(Top1、Top2、/Lock) :接單元控制板;

輸出信號(hào)(ERRout):接單元控制板;

輸出信號(hào)(TOP1、BOT1、TOP2、BOT2路IGBT驅(qū)動(dòng)信

號(hào)):分別接TOP1 、BOT1、TOP2、BOT2路IGBT的C、

G、E極。

大陸世紀(jì)電子有限公司今后將本著“合作、進(jìn)取、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新”的精神,為推進(jìn)高壓變頻器技術(shù)產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)步做出不懈的努力,致力于高壓變頻器維修、升級(jí)改造、備品備件、維護(hù)保養(yǎng)、托管維修等業(yè)務(wù)。

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