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风电变流器维护

作者:e胜博官网 发布时间:2020-11-11 01:59 点击:

  22常用半导体开关的种类 常用半导体开关的种类 电力半导体开关在变频器中是最重要的硬件 之一。它在AC-DC-AC的变换中扮演着极其重要 的角色。它的价格在变频器硬件成本中占50%以 上。因此,对它的了解和正确使用,是变频器维 护课程中的重要内容。 常用的电力半导体开关有 SCR,GTR, GTO,POWMOS,IGBT,IGCT,SGCT, IPM。分半控型,全控型,电流型,电压型等不 同类型。 33 44 55 66 77 88 99 输入输出通讯回路10 10 11 11 DSP主控回路是变流器的控制核心,是由CPU/DSP芯片集,电机控制模型软件和PWM控制 软件等固化的芯片组成。该回路负责功率主回 路的半导体开关按控制模型计算得到的数据执 行通断,以输出符合负载需求的驱动电流,控 制电机的运行;根据I/O和通讯电路来的信号 经控制计算,发出相应的控制信号和状态信息; 根据各类传感器传来的信号,决定对各类执行 器件发出保护指令等。 12 12 GE GE 公司 公司变流器 变流器DSP DSP主控回路板 主控回路板 13 13 14 14 +24VDC 路用于现场总线的并联端口 •现场总线 扩展•脉冲编码器 •新的可选件系列 PPCC-link AINT通讯:光纤连接 控制盘连 路电流输出•AI 电气隔离 数字输入 固定为停车(启动 互锁) •两组隔离 +24VDC 可编程继电器输出 DDCS 适配 器连接器 DDCS 适配器带4 路通道 •PC 连接 •主从通讯 •‘老版可选件 15 15 16 16 变频器功率主回路由两个逆变器背靠背,由DC中间回路的滤波电容,直流熔断器相 连而成。逆变器由半导体功率模块和缓冲 吸收电路组成,输入输出端有LCL滤波器 和du/dt滤波器,过电压释放回路,EMC电 路等组成。 变频器功率主回路按主控回路的指令,将电流进行双向转换和滤波,输出一定频率, 幅值,相序的三相电流,满足励磁输出和 逆变输出的需要。 17 17 18 18 功率主回路是由一个功率主回路是由一个DC DC中间回路和两个变流器相 中间回路和两个变流器相 连而成。 连而成。 两个变流器在能量流动方向不同时,会完成不同两个变流器在能量流动方向不同时,会完成不同 的变换功能:或一个作整流器;另一个则作逆变 的变换功能:或一个作整流器;另一个则作逆变 器。或者相反。能量流入的变流器承担整流,能 器。或者相反。能量流入的变流器承担整流,能 量流出变流器的承担逆变。 量流出变流器的承担逆变。 DCDC中间回路是由电容器或电抗器组成的滤波器, 中间回路是由电容器或电抗器组成的滤波器, 根据变流器的不同特性来选用。中间回路上有直 根据变流器的不同特性来选用。中间回路上有直 流电压 流电压//电流的检测器,以随时监视电路的异常情 电流的检测器,以随时监视电路的异常情 况,进行及时的保护。 况,进行及时的保护。 19 19 整流器是将整流器是将AC AC交流电变换为 交流电变换为DC DC直流电的电路。 直流电的电路。 整流器根据所使用的半导体开关不同种类,整流器根据所使用的半导体开关不同种类, 分为不可控整流(使用二极管),半控整流 分为不可控整流(使用二极管),半控整流 (混合使用二极管和可控硅)和全控型整流 (混合使用二极管和可控硅)和全控型整流 (使用全控型器件: (使用全控型器件:GTR GTR;;IGBT IGBT)。 风电变流器都是由全控器件组成,可以根据风电变流器都是由全控器件组成,可以根据 控制的需要,随时变换为整流器或逆变器。 控制的需要,随时变换为整流器或逆变器。 由于变流器都是由全控型器件组成,所以可 由于变流器都是由全控型器件组成,所以可 以进行 以进行PWM PWM整流,以获得高性能的整流效果。 整流,以获得高性能的整流效果。 20 20 DC DC ••电压型变频器的中间回路由电容器作滤波元件, 电压型变频器的中间回路由电容器作滤波元件, 电流型变频器用电抗器作滤波元件。 电流型变频器用电抗器作滤波元件。 ••DC DC母线的直流电压 母线的直流电压 注意: 注意:690V 690V变流器的母线电压为 变流器的母线V,在上电但未运行输出时, ,在上电但未运行输出时, 电容上的电压将被充至 电容上的电压将被充至1270V 1270V。所以,变流器在通电时, 。所以,变流器在通电时, 内部电路上的电压非常高,禁止带电操作! 内部电路上的电压非常高,禁止带电操作! ••690V 690V级变流器的电容器是三个串联为一组,再并 级变流器的电容器是三个串联为一组,再并 联。所以总数是 联。所以总数是33的倍数。三个电阻并接在三个 的倍数。三个电阻并接在三个 串联电容上,起均压和泄流的功能。 串联电容上,起均压和泄流的功能。 ••母线上有霍尔电流传感器和电压检测电路,以监 母线上有霍尔电流传感器和电压检测电路,以监 视和保护母线和输入前级的安全。 视和保护母线 ••逆变器是处于逆变工作状态下的全控型变流器。 逆变器是处于逆变工作状态下的全控型变流器。 它的任务是将 它的任务是将DC DC变换为频率可变的交流电。 变换为频率可变的交流电。 ••逆变器由六个全控型半导体开关组成,通过按 逆变器由六个全控型半导体开关组成,通过按 控制主回路给出的开关信号动作,完成 控制主回路给出的开关信号动作,完成DC DC到到AC AC 的变换。处于同一上下桥臂的两个开关是禁止 的变换。处于同一上下桥臂的两个开关是禁止 同时开通的,这会造成严重的母线短路故障和 同时开通的,这会造成严重的母线短路故障和 模块的损坏。 模块的损坏。 22 22 用全控器件构成的变流器,在它被驱动时,它两侧的电能可双向流动。流动的方向由 两侧的电位差决定。 23 23 电压型变频器的中间直流回路上有滤波电容,为承受930V以上的高电压,须用三个耐压为DC400V的电容串联而成,为增大容量又 进行了并联,其上的电阻既起均压又是电容电荷的泄放电路。 预充电电路也连接在DC电路上,在系统冷启动时对控制电路进行预供电,使控制电路先进入工作状态,在对系统自检通过后才开 通功率主回路,使主回路进入正常工作。以确保系统安全。 逆变器的半导体模块由6个单元组成,每个集射级上有du/dt吸收模块,避免集射级在通断状态转换中受到du/dt的损害。 转子侧和网侧两个变流器分别由两个DSP控制单元控制,其中,转子侧的为主控制单元,网侧的为辅控单元。其系统控制由转子 侧主控制单元发出。 转子侧还连有过电压控制和保护单元(Crobar),当电网失压或短路引起变流器DC母线V)时,进行 过电压控制或故障跳闸。以保护变流器。有源Crobar还可在电网 发生瞬变时,通过产生无功功率来短时支撑电网。以保证变流器 在电网电压发生瞬变时也能正常工作。 在网侧接有LCL(正弦波)滤波器,以减小逆变器输出的谐波。在转子侧接了du/dt滤波器保护转子绕组的绝缘免受变流器du/dt的 损害。 24 24 半导体开关上的 半导体开关上的du/dt du/dt保护模块 保护模块 25 25 驱动回路是将 驱动回路是将CPU CPU发出的开关信号进行隔 发出的开关信号进行隔 离,放大,整形成适合功率模块驱动的信号。 离,放大,整形成适合功率模块驱动的信号。 各种功率模块对驱动信号的要求(电压,电流, 各种功率模块对驱动信号的要求(电压,电流, 波形等)不一,但基本要求是,在模块的负载 波形等)不一,但基本要求是,在模块的负载 电流,温度等因素变动时,仍能可靠(通态有 电流,温度等因素变动时,仍能可靠(通态有 合适的饱和度),安全(关断时抽流度合适) 合适的饱和度),安全(关断时抽流度合适) 地驱动模块。 地驱动模块。 驱动电路具有自动调节模块饱和深度和反 驱动电路具有自动调节模块饱和深度和反 偏电压,保护模块的输入端不被过电压,过电 偏电压,保护模块的输入端不被过电压,过电 流所损坏。能在负载短路时,及时封锁模块, 流所损坏。能在负载短路时,及时封锁模块, 并通知 并通知CPU CPU作出反应。 作出反应。 26 26 27 27 28 28 GE GE 29 29 •检测/保护和I/O接口回路紧靠DSP主控回路。 检测保护回路负责各种参数如交流电压/电流,直流电压/电流,温度,湿度,冷却水/风的 压力等参数的测量和控制。是变流器安全运 行的保护神。检测保护回路主要由各种传感 器和执行器件组成。 I/O接口电路负责接收外来的控制信息送给CPU和发送内部的各种状态信息给上位机。 I/O接口电路主要由隔离,变换,通讯电路 所组成。 30 30 31 31 32 32 模块的温度检测是非常重要的,它关系到模块的安全。模块的容许电流是温度的函数。在不同温 度下有不同的容许电流。温度越高,容许电流越 小,即越容易过电流跳闸。 一般变频器采用固定温度判定,按最高温度控制。一般按模块外壳温度不超过90度为跳闸动作触发 3333 霍尔电流传感器是应用半导体霍尔器件来检测电流,响应快。通过平衡式电路,达到很 高的测量精度和稳定度。 霍尔电流传感器体积小,隔离好。检测频率宽,能检测0~kHz范围内的电流。即直流, 脉冲,交流电流都能测。 整定方便。线 驱动回路是将主控回路的控制信号进行强/弱电隔离,整形,放大,回路内信号的检 测保护等。驱动输出信号根据不同的功率 模块而定。 驱动回路主要由脉冲变压器,光耦,光调制器,放大器或专用IC等器件组成。 驱动回路处于强弱电连接处,与功率模块的安全是休戚与共。是与功率模块一样需 要受到特别关注。 37 37 控制电源回路主要提供各控制回路所需的控制电源回路主要提供各控制回路所需的 DC/AC DC/AC 电源。输出有十几组之多。要求功 电源。输出有十几组之多。要求功 率富裕,电压稳定,抗干扰,辐射小,波 率富裕,电压稳定,抗干扰,辐射小,波 纹小,效率高,体积小。 纹小,效率高,体积小。 控制电源现在常用的为开关电源,它电路控制电源现在常用的为开关电源,它电路 形式多样。一般有开关变压器,振荡开关 形式多样。一般有开关变压器,振荡开关 管,高频整流二极管,滤波电容等组成。 管,高频整流二极管,滤波电容等组成。 38 38 39 39 交流电源供风扇,冷却水泵,加热器,交流接触器等电器用电。 直流电源一般采用DC-DC开关电源,因具有体积小,电源波动对其影响小等优点。主要供逆变器 控制电路用电。有供DSP/CPU的5V,供驱动电路 用的6路15V,供其它电路的12V, 24V等共有 十几路输出。一般在负载短路,过电压冲击下会 停振,烧毁等,是变频器的故障高发部位。 40 40 冷却/加热系统有强迫风冷和水冷两种方式,风 冷和水冷。它是保证功率模块正常工作和维持正常工 作寿命的重要系统。 加热系统在传动单元冷启动前,为保证变流器柜 体内温/湿度处于允许范围内,网侧变流器接触器断 开的情况下,按照控制电路要求工作。在传动单元接 入电网后,变流器的正常损耗可以保证传动的运行温 度要求而不需工作。加热器在柜体温度 5C,模块 温度 10C,湿度 95%时停止加热。模块温度 70C 时必须停止加热 冷却系统主要为功率模块工作时带走其损耗功率 产生热量,保证模块在较低的温升下长期稳定的工作。 41 41 42 42 43 43 冷却系统分水冷和风冷两种,在环境较差和功率较大的情况下才用水冷。水冷的效果虽好但装置复杂 价格高。水冷系统主要有增压水泵,过滤器,储水 罐,调压阀,换热器,风扇等。有的系统还有离子 交换柱来去除水中金属离子。 风冷仅靠风扇来驱走功率器件工作时的损耗热量,主要是按温度和功率器件状态来控制开停或调速运 行。另有进风过滤器来过滤尘土和油污。 加热器主要由发热器和风扇构成,用于加热柜内温度,驱散潮气,保持柜内湿度低于95%。 控制系统主要由温度,湿度,水压,风压(量)传感器信号和环境控制器组成,由控制器根据设定指 标进行开关式调节。在指标达不到设定值时,会发 出警报并封锁系统停车。

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