荣信高压变频培训教材B-功率单元原理

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整流部分介绍
整流部分介绍
整流工作原理:
整流原理
• 将交流电变换为直流电称为整流,即AC/DC变换。
• 整流电路是利用电力电子器件的单向导电性将正负变化的 交流电压变为单向脉动电压的电路。在交流电源的作用下
,电力电子器件(二极管)周期性地导通和截止,使负载
得到脉动直流电。在电源的正半周,二级管导通,使负载
功率单元整流桥介绍
整流桥测试 • 检查模块表面无裂痕变形和破损;模块的安装底板应光滑
平整无划痕。 • 用数字万用表二极管档测量,测试方法如下图所示。红表
笔接在2(二极管阴极),黑表笔接1(二极管阳极),显 示数值为1(即无穷大)则说明1脚和2脚之间的二极管是 完好的。结果相反若导通则说明该二极管损坏;红表笔接 1,黑表笔接3,显示数值为1(即无穷大),则说明3脚和 2脚之间的二极管是完好的,相反,若导通则说明该二极 管损坏。
电流而损坏; • 电网电压太高,电网遇雷击和过电压浪涌。电网内阻小,
导致全部过压加到整流桥上; • 输入缺相,使整流桥负担加重而损坏。
功率单元整流桥介绍
更换整流桥注意事项 • 找到引起整流桥损坏的根本原因,并消除,防止换上新整
流桥又发生损坏; • 更换新整流桥,对焊接的整流桥需确保焊接可靠。确保与
周边元件的电气安全间距,用螺钉联接的要拧紧,防止接 触电阻大而发热。与散热器有传导导热的,要求涂好硅脂 降低热阻; • 更换整流桥要用同一型号、同一厂家的产品以避免电流不 均匀而损坏。
压的正半周包络线。
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整流桥介绍
整流桥原理
基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。 整流桥是把两个二级管封装在一个模块中。
整流桥介绍
整流桥动态特性 静态特性
主要指其伏安特性 1、门槛电压UTO,正向电流IF开始 明显增加所对应的电压。 2、与IF对应的电力二极管两端的 电压即为其正向电压降UF 。 3、承受反向电压时,只有微小而数值恒 定的反向漏电流。
,晶体管的基极电流被切断,IGBT关断。 • IGBT工作三个区: 饱和区(相当于开关处于闭合状态)、放大
区、截止区(相当于开关处于断开状态)。
IGBT介绍
IGBT的基本特性
IC
IC
有源区



UGE增加
URM 反向阻断区
O UGE(th)
UGE
O
正向阻断区
UGE(th) UFM UCE


转移特性
构,一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。 • RN为晶体管基区内的调制电阻。 • GTR的特点——双极型,电流驱动,有电导调制效应,通流能
力很强,开关速度较低,所需驱动功率大。电流控制元件。 • MOSFET的优点——单极型,电压驱动,开关速度快,输入阻
抗高,热稳定性好,电压控制元件。
IGBT介绍
电路。 • 可以实现小电压控制大电流。
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IGBT介绍
IGBT原理 • 驱动原理与电力MOSFET基本相同,场控器件,通断由栅射极电
压uGE决定。 • 导通:uGE大于开启电压UGE(th)时,MOSFET内形成沟道,为晶体
管提供基极电流,IGBT导通。 • 通态压降:电导调制效应使电阻RN减小,使通态压降减小。 • 关断:栅射极间施加反压或不加信号时,MOSFET内的沟道消失
IGBT特点 • 栅极为电压驱动,驱动电路简单,所需驱动功率小。 • 工作频率高,开关损耗小,在电压1000V以上时, 开关损耗只
有GTR的1/10。 • 承受电压较高,载流密度大,输入阻抗高,通态压降小,热稳
定性好,没有“一次击穿”问题。 • 驱动电路简单,安全工作区大,电流处理能力强,不需要缓冲
4000系列采用螺丝固定方式;5000系列整机内部采用插拔 式自锁端子,单元拆装与连接方便。2根光纤线的接插即 可完成,现场人员维护设备简单方便。 • 结构紧凑,所有功率器件都安装在一个散热器上,之间连 线用一块复合极板连接,减少了分布电感。 • 控制板卡在直流侧取电,并把电源、控制、保护、驱动在 一块板上功能全部实现。
用表查C-E、G-C、G-E 是否通断,测量IGBT是否损坏:测量B 、E两极,导通则说明IGBT损坏;用万用表通断档测量C、E两 极,正反均始终导通则说明IGBT损坏。IGBT实物和内部电路图 及测试方法如下图所示。
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IGBT测试
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IGBT介绍
导致IGBT损坏原因 • 器件本身质量不好; • 外部负载有严重过电流、不平衡,电动机某相绕阻对地短路,
功率单元介绍
工作原理 • 功率单元与主控系统之间通过光纤进行通信,以解决强弱
电之间的隔离问题和干扰问题。功率单元采用模块化结构 ,所有的功率单元可以互换,维修也比较方便。 • 功率单元采用较低的开关频率,以降低开关损耗,且可以 不用浪涌吸收电路,提高变频器的功率。由于采取多电平 移相式PWM,等效输出开关频率很高,且输出电平数增 加,可大大改善输出波形,降低输出谐波,谐波引起的电 动机发热、噪声和转矩脉动都大大降低。所以这种变频器 对电动机没有特殊的要求,可用于普通的高压电动机,也 可以用于旧电动机,且不必降额使用。
功率单元原理
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功率单元介绍
工作原理 • 功率单元额定电压为690V 时,直流母线电压为960V 左右
。逆变器由2 个耐压为1700V 的IGBT 模块组成H 桥式单相 逆变电路,通过PWM 控制,u1 和u2 两端得到高压变频的 交流输出,输出电压为单相交流0‐690V。 • 逆变器输出采用多电平移相式PWM 控制技术。同一相的 功率单元输出相同幅值和相位的基波电压,但串联各单元 的载波之间互相错开一定电角度,实现多电平PWM,输 出电压非常接近正弦波。每个电平台阶只有单元直流母线 电压大小,du/dt 很小,使得电动机绝缘不会受到影响。
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功率单元整流桥介绍
整流桥测试
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功率单元整流桥介绍
整流桥测试 • 可以不用把整流桥拆下来可以在单元上直接对整流桥测如
果整流桥完好,测试结果见表。
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功率单元整流桥介绍
导致整流桥损坏原因 • 器件本身质量不好; • 后级电路、逆变功率开关器件损坏,导致整流桥流过短路
输出特性
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IGBT介绍
IGBT的开通关断过程
U GE
U GEM
• 与MOSFET的相似
90% U GEM
• 开通延迟时间td(on) • 电流上升时间tr
10% U GEM
0 IC 90% I CM
t d(on)
I CM tr
t d(off)
t tf
• 开通时间ton
10% I CM
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RHVC-4000系列功率单元
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RHVC-4000系列大功率单元
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RHVC-5000系列功率单元
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RHVC-4500系列功率单元
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RHVC-4500系列大功率单元
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功率单元介绍
功率单元特点 • 功率单元的三相电源输入和单元的PWM调制后输出端子
有一相绕阻内部短路,负载机械卡住,相间击穿,输出电线有 短路或对地短路; • 负载上接了电容补偿设备,或因布线不当对地电容太大,使功 率管有冲击电流; • 用户电网电压太高,或有较强的瞬间过电压,造成过电压损坏 ; • 过电压吸收电容有损坏,造成不能有效吸收过电压而使IGBT损 坏;
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I IF
O UTO UF
U
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整流桥介绍
二极管主要参数 • 1、正向平均电流IF(AV) 1•、正额向定平电均电流流—IF(—AV)在指定的管壳温度和散热条件下,其允许流 • 额过过发的定的热最电最效大流大应工—工来频—频定正在正义弦指弦的半定半,波的波使电管电用流壳流时的温的应平度平按均和均有值散值效。热。值条I相F(件等AV下)的是,原按其则照允来电许选流流取的 • I电F(A流V)是定按额照,电并流应的留发有热一效定应的来裕定量义。的,使用时应按有效值 • 相2、等正的向原压则降来U选F 取电流定额,并应留有一定的裕量。 2••、在向正在向向指压指压压定降定降降温。U温。F度度下下,,流流过过某某一一指指定定的的稳稳态态正正向向电电流流时时对对应应的的正正 3•、反3、向重反复向峰重值电复压峰UR值RM电压URRM •• 对对电电力力二二极极管管所所能能重重复复施施加加的的反反向向最最高高峰峰值值电电压压。。 •• 使使用用时时,,应应当当留留有有两两倍倍的的裕裕量量。。
a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号
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IGBT介绍
IGBT结构 • 上图a—N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT。 • IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区,具有很强的通流能力。 • 简化等效电路表明,IGBT是GTR与MOSFET组成的达林顿结
功率单元介绍
功率单元 • 荣信系列功率单元是荣信系列高压变频器设备的主体部分
,电源的电压和频率的改变在这里完成。功率单元的前端 (交流输入端)与变压器二次绕组连接,由变压器向功率 单元供电,具有相同结构和功能的多个功率单元串接成星 型连接的三相高压电源,以该电源作为高压电动机的输入 电源。串接后的三相高压电源,通过控制机的控制,可以 实现频率及电压的改变,从而实现对高压电动机的调分介绍
IGBT介绍
IGBT
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IGBT介绍
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BSM75GB170DLC
FF300R17KE3
FF450R17ME3
FF1000R171IE4
IGBT介绍
IGBT结构 • 三端器件:栅极G、集电极C和发射极E
a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号
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RHVC-5000系列功率单元内部结构
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RHVC-4000系列功率单元内部结构
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功率单元介绍
工作原理 • 变频功率单元的基本拓扑结构为交—直—交三相整流/单相
逆变电路。 • 三相交流输入信号经三相不可控桥式整流电路整流后成为
脉动直流电,在经滤波电容滤波为直流电压送到单相桥式 逆变电路中,逆变电路由4支IGBT组成,构成H桥结构。适 当控制四支IGBT的开关次序,即可在每个单元的输出得到 0V、±Ud3个电压电平(Ud为功率单元直流电压的幅值)。 将变频器每相的8个功率单元(10KV系统)依次串联(A1 单元的输出u1连到A2单元的输出u2,依次类推,最后将A8 、B8、C8三个单元三个单元的输出u1连在一起作为变频器 的中点),即可在每相的输出得到17个电压电平。
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功率单元原理 技术交流培训
辽宁荣信电气传动技术有限责任公司
本节课程主要讲解高压变频器内功率单元原理、整流电路 、逆变电路及功率单元内的主要器件介绍和原理、测试、 更换方法;介绍功率单元控制板的原理和接口。到功率单 元生产车间结合实际了解功率单元的结构。
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功率单元介绍
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• uCE的下降过程分为tfv1和tfv2。 U CE
t on U CEM
t fi1
t fi2
t off
t
• tfv1——IGBT中MOSFET单独工作
t fv1
t fv2
• 的电压下降过程;
U CE(on)
O
t
• tfv2——MOSFET和PNP晶体管
• 同时工作的电压下降过程。
IGBT介绍
IGBT测试 • 查外观是否已炸开,端子与相连印制板是否有烧蚀痕迹。用万
上的电流与电压波形形状完全相同;在电源电压的负半周
,二极管处于反向截止状态,承受电源负半周电压,负载
电压几乎为零。
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整流部分介绍
共阴极组二极管阳极所 接交流电压值最高的一
个导通
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vd = vPn − vNn 整流部分介绍
共阳极组二极管阴极所 接交流电压值最低的一
个导通
• Vpn为相电压的正向包络线,VNn为相电压负向包络线, • 为2条包络线的差值,对应到线电压的波形上,即为线电
IGBT介绍
导致IGBT损坏原因 • 滤波电容因日久老化,容量减少或内部电感变大,对母线的过
压吸收能力下降,造成母线上过电压太高而损坏IGBT。正常运 行时母线上的过电压是逆变开关器件脉冲关断时,母线回路的 电感储能转变而来的; • IGBT驱动的前级光电隔离器件因击穿导致功率器件也击穿,单 元控制上有尘埃、潮湿造成打火击穿,导致IGBT损坏; • 不适当的操作,或产品设计软件中有缺陷,引起上下两功率开 关器件瞬间同时导通; • 前级整流桥损坏,由于主电源前级进入了交流电,造成IGBT损 坏;
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