AB公共直流母線的選型與設(shè)計

AB公共直流母線的選型與設(shè)計概述眾所周知，如果工廠中有多個相同電壓的變頻器運行，那么在同一時刻有的電動機(jī)處于電動狀態(tài)，有的處于發(fā)電狀態(tài)。處于電動狀態(tài)的電機(jī)消耗電網(wǎng)能量，處于發(fā)電狀態(tài)的電動機(jī)產(chǎn)生能量。產(chǎn)生的能量要么通過制動電阻以熱量的形式消耗掉，要么通過能量回饋單元返回電網(wǎng)。如果能夠?qū)l(fā)電狀態(tài)電動機(jī)的能量直接傳給電動狀態(tài)的電機(jī)，那么能耗制動所浪費的電能或者能量回饋單元的設(shè)備購置費用都可以節(jié)省出來，這就是公共直流胃線產(chǎn)生的初衷。AB公司推薦的公共直流胃線方案如圖1所示。TU時AB公司推薦的公共直流胃線方案如圖1所示。TU時Pt■睬Saur-:&設(shè)備選型AB公司生產(chǎn)的用于變頻器公共直流胃線的整流設(shè)備規(guī)格并不多，如表1所示。(1)產(chǎn)品目錄表120S系列產(chǎn)品目錄電壓描述產(chǎn)品型號400/480V400A獨立型20SD400NEN600A獨立型20SD600NEN1000A獨立型20SD1K0NEN1000A主機(jī)型20SD1K0NEM1000A從機(jī)型20SD1K0NES600/690V1000A獨立型20SF1K0NEN1000A主機(jī)型20SF1K0NEM1000A從機(jī)型20SF1K0NES(2)獨立型住機(jī)型/從機(jī)型的整流原理框圖獨立型/主機(jī)型/從機(jī)型的整流原理框圖見圖2/圖3/圖4.?圖2獨立型的整流設(shè)備圖中功能模塊：①六相橋式整流模塊②超溫開關(guān)③浪涌保護(hù)熔斷信號④MOV緩沖器電路⑤預(yù)充電電路板⑥使能繼電器⑧冷卻風(fēng)機(jī)GateDriverBoard—<1KI：1X2?■+=1?--80?^-CZHh!*iKF12i<■DCQM!PrschargepBoard惆ToGateDriverX4ontheSlave(FigureP.4)?r圖3主機(jī)型的整流設(shè)備圖中功能模塊：①六相橋式整流模塊②超溫開關(guān)③浪涌保護(hù)熔斷信號④MOV緩沖器電路⑤預(yù)充電電路板⑥使能繼電器⑦晶閘管門極驅(qū)動電路板⑧冷卻風(fēng)機(jī)

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TtFromSal-eDnverMontheyrIFgureP.3arEEVWLHSlsVE;圖中功能模塊：①六相橋式整流模塊②超溫開關(guān)③浪涌保護(hù)熔斷信號④MOV緩沖器電路⑦晶閘管門極驅(qū)動電路板⑧冷卻風(fēng)機(jī)⑨主/從整流器間的連接電線(3)獨立型住機(jī)型/從機(jī)型的整流原理框圖異同淺析從圖2-圖4可以看出獨立型/主機(jī)型/從機(jī)型整流器的區(qū)別。獨立型整流器獨立型整流器的預(yù)充電電路板的同步電源經(jīng)使能繼電器K1連接到整流橋的電源輸入端(L1/L2/L3)，其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖直接連接到晶閘管的門極。在門極脈沖的觸發(fā)下，晶閘管導(dǎo)通，+DC和-DC間產(chǎn)生直流電壓Ud，其值為：Ud=1.35U2COSa式中U2和a分別為L1/L2間的電壓和觸發(fā)脈沖的控制角。主機(jī)型整流器主機(jī)型整流器的預(yù)充電電路與獨立型相同，敘述從略。與獨立型不同的是預(yù)充電電路產(chǎn)生的脈沖分成二路，一路經(jīng)晶閘管門極驅(qū)動板驅(qū)動后送自己的晶閘管，另一路經(jīng)排線送從機(jī)型整流器的門極驅(qū)動板。從機(jī)型整流器從機(jī)型整流器沒有預(yù)充電電路，因此它無脈沖形成環(huán)節(jié)，它只能將主機(jī)型整流器送來的脈沖經(jīng)門極驅(qū)動板驅(qū)動后送到自己的晶閘管。同時，它也提供了向下一個從機(jī)型整流器輸入脈沖的接口。（4）選型要點a.并聯(lián)使用的整流器要選用主/從型的整流器主機(jī)型的整流器有自己的脈沖形成環(huán)節(jié)，所產(chǎn)生的脈沖除送入自己的晶閘管門極外，還送到從機(jī)型整流器的門極驅(qū)動板。因此，二路脈沖的相位是相同的，它非常適合于并聯(lián)使用的整流器。這種設(shè)計能夠保證并聯(lián)的整流器的輸出電壓完全相同，可有效地防止并聯(lián)的整流器間出現(xiàn)環(huán)流。b?獨立（無并聯(lián)）使用的整流器要選用獨立型的整流器獨立型的整流器因有自己的脈沖形成環(huán)節(jié)，所產(chǎn)生的脈沖送入自己的晶閘管門極，因此它適合于獨立（無并聯(lián)）使用的整流器。c.十二相整流器要選用獨立型的整流器為了說清楚這個問題，有必要回顧一下十二相整流電路。如果讀者對這部分內(nèi)容搞不懂的話，請您看一下《半導(dǎo)體變流技術(shù)》這本書，相信您會明白的。圖5十二相整流電路整流變壓器是一臺帶有二套副線圈的裂解式變壓器。其中一個線圈是星形接法，另一個線圈則是角形接法，二套線圈的對應(yīng)線電壓相差30。電角度。二組線圈連接的三相橋式整流電路均為六相整流電路，即每組橋輸出的直流電壓在一個周期內(nèi)共有六個脈波（見圖5），故稱六相整流。但是，由于這二組橋輸入的交流電壓相位互差30°，因此，二組橋輸出的直流電壓波形也相差30°，故二組橋并聯(lián)后其直流電壓為十二個圖6六相整流波形圖（a=0）脈波，故稱十二相整流。十二相整流電壓波形脈動較小，直流電壓中的交流分量較低，降低了對濾波器的要求，在大功率整流電源中被廣泛應(yīng)用。脈沖的同步晶閘管是一個相控元件，它是通過調(diào)節(jié)其門極相位（即控制角a）的方式來控制晶閘管的導(dǎo)通程度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)整流器輸出電壓高低之目的?？刂平莂一般都是以主電源對應(yīng)相波形的起始點（單相）或某相關(guān)相與另一相關(guān)相的交叉點（三相）為基礎(chǔ)，也就是說晶閘管的門極脈沖一定要與元件側(cè)電源波形保持特定的相位關(guān)系，這就是所謂的晶閘管的門極脈沖與元件側(cè)電源要“同步”。獨立型和主機(jī)型的整流器都有預(yù)充電板（PrechargeBoard），同步信號經(jīng)接觸器K1接自主電源端L1/L2/L3,它能保證預(yù)充電板產(chǎn)生的門極脈沖與主電源是同步的。如前所述，十二相整流的二組橋主電源相差30°，因此，它們的門極脈沖也必須相差30°，也就是說二組橋必須有自己獨立的脈沖形成環(huán)節(jié)（預(yù)充電板）。從這個意義上講，十二相整流—定要選擇獨立型的整流器?；蛘叻催^來說，如果十二相整流選擇了主/從型整流器，則從機(jī)中沒有脈沖形成環(huán)節(jié)，只能將主機(jī)送來的脈沖驅(qū)動后送入晶閘管的門極。因此，二組橋的脈沖相位一定是相同的，從機(jī)整流器的門極脈沖與主電源一定是不同步的。這也從反面證明了十二相整流一定要選擇獨立型的整流器，而不能采用主/從型的。如果十二相整流器誤選了主/從型的，從機(jī)肯定不能正常工作。

當(dāng)然，采用獨立型整流器構(gòu)成的十二相整流設(shè)備因有各自獨立的脈沖，可能無法保證控制角a完全一致，二個整流器輸出電壓將有所不同。如果電壓相差較大，低電壓的那個整流器中的晶閘管因承受反向電壓無法導(dǎo)通，而無法正常工作。這可能是本產(chǎn)品設(shè)計中的一個缺陷。電路設(shè)計文獻(xiàn)1中給出了20S系列整流器接線參考圖，見圖7，十二相整流的接線圖見圖8.圖8十二相整流器接線圖控制端子定義0-115:內(nèi)部風(fēng)機(jī)（115V）1-2:內(nèi)部接觸器線圈（115V）4-5:內(nèi)部接觸器觸點（常閉）6-7:浪涌保護(hù)電路熔斷器斷8-9:主回路熔斷器斷10-11:超溫圖8的接線看起來好像很亂，但實際很好理解。115/1端子通過KA1連接到控制電源的一端，2/0端子連接到控制電源的另一端。二臺整流器共六個用于保護(hù)的常閉觸點串聯(lián)在接觸器KA1合閘回路里，六個保護(hù)觸點只要有一個斷開，KA1即斷開，因此用戶并不知道是什么原因引起的跳閘，這也是本電路的一個缺陷。當(dāng)然要解決這個問題也很容易，只是電路要復(fù)雜一些，相信讀者是能夠設(shè)計出比這個更好的電路。KA1斷開后：—風(fēng)機(jī)停止-內(nèi)部接觸器K1斷開—同步電源斷開，脈沖停止（預(yù)充電板停止工作）十二相整流的平衡電抗器圖5的電路中可以看出，二個整流器并不是直接并聯(lián)的而是通過一個帶抽頭的電抗器并聯(lián)起來的，這個電抗器叫做平衡電抗器。圖9和圖10是圖5所示的二個整流器輸出的直流電壓波形。圖9星形整流橋直流電壓波形圖10角形整流橋直流電壓波形波形圖顯示，二個整流橋的直流輸出電壓幅值是相等的，但是其瞬時值是不相等的，它們彼此相差30°,二者相加后就變成了十二相整流。電工原理告訴我們，兩個電源并聯(lián)必須電壓相等且電壓瞬時值也要相等。如果電壓不相等，兩個電源中就會有環(huán)流出現(xiàn)。如果電壓的瞬時值不相等，兩個電源中就會有動態(tài)環(huán)流出現(xiàn)，這些都是我們不希望的。但是由于二極管的單向?qū)щ娞匦?，二個整流電源并聯(lián)時即使電壓不相等也不會產(chǎn)生環(huán)流。圖11的模型能夠說明這個結(jié)論。圖11二個整流電源并聯(lián)的模型如果Ud1>Ud2，因D2單向?qū)щ娮饔茫€電源中不會產(chǎn)生環(huán)流，反之亦然。但是，如果Ud1>Ud2,D2會因承受反向電壓而關(guān)斷，實際只有電壓高的那個電源在工作。讓我們再回到十二相整流。前面曾經(jīng)說過，組成十二相整流的二個整流器輸出的電壓瞬時值是不相等的，因此，二個電源并不是同時工作，而是交替工作，它們并沒有真正地并聯(lián)起來。用平衡電抗器就可以圓滿地解決這個問題，其工作原理從略，有興趣的讀者可閱讀相關(guān)的文獻(xiàn)，網(wǎng)上的資料也很多。細(xì)心的讀者一定會發(fā)現(xiàn)，圖8十二相整流器接線圖上構(gòu)成十二相整流電路的二個六相整流器是直接并聯(lián)在一起的，其間并未設(shè)平衡電抗器，與此處的敘述豈不自相矛盾？對具體事物要進(jìn)行具體分析。我們通常所用的十二相整流一般用于電機(jī)、電解、電鍍等設(shè)備，其負(fù)載是電感或電阻性的，而直流公共胃線逆變器是一個電壓型的變頻器，它的特征是直流側(cè)有一個巨大的電容器組。這個電容器組接到直流胃線上就相當(dāng)于接到了整流器的輸出端，整流電源就變成了濾波電源。在電容器的作用下，整流器輸出電壓中的交流分量被抹平，原來脈動的直流電源變成一條直線，所謂的二個整流電源“電壓瞬時值不相等”也就不存在了，二個電源直接