东方日立用户培训-功率单元2009版[2009.11.10]

AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.东方日立（成都）电控设备有限公司东方日立（成都）电控设备有限公司用户培训资料功率单元甘祥彬2009年11月1功率单元旁通技术5目录概述2功率单元主要功率器件3我公司功率单元发展历程4功率单元主回路功率单元控制驱动板件67功率单元与板件常见故障与分析1概述用户培训资料－功率单元AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.概述1功率单元是使用功率电力电子器件进行整流、滤波、逆变的高压变频器部件，是构成高压变频器主回路的主要部分。每个功率单元都相当于一台交-直-交电压型单相低压变频器。AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.2功率单元主要功率器件用户培训资料－功率单元AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.整流桥2-11、整流桥1.1整流桥封装形式其作用是整流（将交流变成直流）。我公司使用的整流桥内部封装形式有以下两种，图1所示的封装内部有6只整流二极管，用在功率单元的三相输入端；图2所示的封装内部有2只整流二极管，用在功率单元的三相输入端以及旁通回路中。1.2整流桥工作原理在我公司产品上，整流二极管的工作方式均为全波不控整流。AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.1）单相全桥不控整流单相全桥不控整流电路，根据IEC971(1989)对半导体变换器的指定编码属于：B2U。工作原理如图3所示：AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.2）三相全桥不控整流三相全桥不控整流电路，根据IEC971(1989)对半导体变换器的指定编码属于：B6U。工作原理如图4所示：AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.1.3我公司使用整流桥的常规参数品牌：Semikron、SanRex；电压等级：1400V、1800V；整流桥型号说明：例如：SKD62/18为Semikron公司额定电流62A、额定电压1800V的6只整流二极管封装的整流桥，SKKD260/14为Semikron公司额定电流260A、额定电压1400V的2只整流二极管封装的整流桥。AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.电解电容2-22、电解电容这里所说的电解电容为铝电解电容，其作用是对整流桥整流后的直流进行滤波，同时储能。目前我公司使用的电解电容品牌主要有：NICHICON（日本）、NIPPON-CHEMICON（日本）、BHC（英国）、EPCOS（德国）。使用的电压等级有：400Vdc。使用的容量有6800uF、10000uF、12000uF、15000uF。AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.IGBT2-33、IGBTIGBT（InsulatedGateBipolarTransistor），绝缘栅双极型晶体管，是一种结合了BJT（大功率晶体管）和MOSFET（功率场效应管）二者优点的复合型器件，它既具有MOS器件的工作速度快，驱动功率小的优点，又具备了大功率晶体管的电流能力大，导通压降低的优点，是目前最具有优势的电力电子器件，在电力电子行业得到广泛应用。IGBT是功率单元上的重要器件，其作用是逆变（将直流转变为交流）。我公司目前使用的IGBT大部分为“双管”（内部封装了两组IGBT芯片），内部封装示意图如图5所示：AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.目前我公司使用的IGBT品牌有：Eupec、Semikron；使用的IGBT电压等级有：1200V、1700V；例如：BSM100GB170DLC、FF300R12KE3、FF450R17ME3。AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.可控硅2-44、可控硅可控硅(SCR，SiliconControlledRectifier)是可控硅整流器的简称。一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。我公司的产品上，可控硅用于充电电路和旁通回路，均起“电子开关”作用。我公司使用的可控硅内部封装形式如图6所示：。AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.目前我公司使用的可控硅品牌有：Semikron；使用的可控硅电压等级有：1400V、1800V；型号例如：SKKH57/18E、SKKT210/14EAllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.3我公司功率单元发展历程用户培训资料－功率单元AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.我公司功率单元发展历程我公司从成立到现在，在功率单元方面已推出四代产品，对这四代产品对比如表1：表1四代功率单元配置及性能对比表我公司已于2008年全面推出第四代功率单元产品，目前正在对部分型号功率单元进行改进优化，同时也在着手研发更大容量（10MVA/6KV）的功率单元。AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.图7功率单元普遍采用的结构及通风方式水平通风技术AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.图8逆变柜普遍采用的单元排列及通风散热方式AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.垂直通风技术此技术为我公司专利技术，专利号：200720080460.5图9我公司功率单元结构及通风散热方式AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.图10逆变柜结构及通风散热方式AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.4功率单元主回路用户培训资料－功率单元AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.高压大功率变频器功率单元主回路由整流、滤波、逆变三部分电路组成，如图11所示：由于我公司技术不断进步，功率单元上的充电电路已逐步被取消，取而代之的是变频器集总充电技术。图11功率单元主回路拓扑结构图在第四代功率单元上已取消AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.5功率单元旁通技术用户培训资料－功率单元AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.可控硅旁通技术5-11、可控硅旁通技术该技术就是利用可控硅进行旁通控制，即采用图12所示的电路实现图11中的“电子开关”功能。图12旁通回路拓扑结构图AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.该技术存在以下缺点：1）容易受干扰（门极导通阈值低2V）；2）不易关断，应用不灵活；3）体积较大，不利于小型化；4）旁通时产生噪音；5）器件多，可靠性低；6）成本高。AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.主回路IGBT旁通技术5-22、主回路IGBT旁通技术该技术为我公司专利技术（专利号：200620035656.8）。它是利用IGBT进行旁通控制，即采用主回路上的4只IGBT（图13）实现图7中的“电子开关”功能。图13主回路IGBT旁通示意图AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.6功率单元控制驱动板件用户培训资料－功率单元AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.发展经历6-11、我公司功率单元控制驱动板件发展经历我公司功率单元控制驱动板件随着功率单元的发展而发展，大概经历3个阶段，如下：第一阶段：共5块板件，一次电源板、二次电源板、光通信板、检测板、驱动板；第二阶段：共4块板件，电源板、控制板、驱动板、旁通板；第三阶段：共2块板件，二合一控制板、驱动板AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.二合一控制板6-22.二合一控制板二合一控制板是在第三代功率单元多年应用的基础上，经过大量的改进设计，将电源板和控制板合二为一的板件。板件作用：a.接收主控系统信号，给驱动板提供控制信号；b.进行实时故障监测，向主控系统上报故障信息；c.给单元驱动板供电。板件接口：a.光纤接口：与主控系统进行连接；b.电压检测接口：与单元正负母线连接；c.驱动板信号（Top1、Top2、/Lock、ERR）接口：与驱动板连接；d.15V电源输出接口：与驱动板连接，为驱动板供电；e.缺相检测接口：接功率单元整流桥输入端；f过热检测接口：接温度检测开关；g.充电可控硅驱动信号接口（预留）：接上电可控硅门极。AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.单元驱动板6-33.单元驱动板板件作用：接收单元控制板的控制信号，为单元上的四路IGBT提供驱动信号，同时对驱动故障进行监测，上报单元控制板。板件接口：15V电源输入接口：接单元控制板；输入信号（Top1、Top2、/Lock）：接单元控制板；输出信号（ERRout）：接单元控制板；输出信号（TOP1、BOT1、TOP2、BOT2路IGBT驱动信号）：分别接TOP1、BOT1、TOP2、BOT2路IGBT的C、G、E极。AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.AllRightsReserved,Copyright2004DongFangHitachi.,Ltd.7功率单元与板件常见故障与分析用户培训资料－功率单元AllRightsRes