第1部分动力装置的基础知识和基本原理

一、功率单元基础知识

1什么是功率单元

功率单元是采用电力电子器件进行整流、滤波、逆变的高压逆变组件。

功率单元是高压变频器主电路的主要部分。

2.功率单元上主要电力电子器件简介

1) 整流桥

其作用是整流（将交流电变为直流电）。我公司采用的整流桥内部封装形式有两种。图1所示封装内部有6个整流二极管，用于功率单元的三相输入端；图2所示的封装内部有2个整流二极管。用于功率单元三相输入端子及旁路回路。

目前使用的整流桥品牌有：Semikron、Eupec；

所用整流桥电压等级为：1400V、1800V；

例如：SKD62/18、SKKD260/14。

2）可控硅

SCR用于充电电路和旁路电路，两者都起到“开关”的作用。我公司使用的晶闸管内部封装形式如图3所示：

目前使用的晶闸管品牌有：赛米控、英飞凌、富士等；

所用晶闸管的电压等级有：1400V、1800V；

例如：SKKH57/18E、SKKT210/14E。

3）电解电容

其作用是对整流桥整流后的直流电进行滤波。

目前使用的电解电容品牌有：NICHICON（日本）、BHC（英国）、CDE（美国）。爱普科斯（德国）

使用的电压等级为：400V。

使用的容量有3300uF、6800uF、10000uF和12000uF。

4）IGBT

它的作用是逆变（将直流电变成交流电）。目前使用的IGBT大多是“双管”（内部封装两组IGBT模块）。内部封装示意图如图4所示：

目前常用的IGBT品牌有：Eupec、Semikron；

使用的IGBT电压等级有：1200V、1700V；

使用的IGBT电流等级有：75A、100A、150A、200A、300A、400A等；

例如：BSM100GB170DLC、FF400R12KE3。

2. 功率单元拓扑

1、主环拓扑

2. 旁路环路拓扑

3、IGBT主电路旁路技术

图7 IGBT 主电路旁路图

三、功率单元板件介绍

1. 单元功率板

板材功能：

它从电源单元的直流母线取电，输出24V直流电源供单元控制板使用。

板卡接口：

输入接口：连接功率单元正负直流母线

输出接口：24VDC输出，连接机组控制板

2单元控制面板

板材功能：

1）接收主控系统信号并向驱动板提供控制信号；

2）进行实时故障监测，并向主控系统上报故障信息；

3) 给单元驱动板供电。

板卡接口：

1）光纤接口：与主控系统通讯；

2）24V电源输入接口：连接电源板；

3）驱动信号（Top1、Top2、/Lock）接口：连接驱动板；

4）15V电源输出接口：连接驱动板，为驱动板提供电源；

5）过压、欠压检测接口：连接机组正、负母排；

6）缺相检测接口：连接熔断器辅助开关；

7）过热检测接口：连接温度检测开关；

8）上电晶闸管驱动信号接口：连接上电晶闸管门极；

9）旁路晶闸管驱动信号接口：连接旁路晶闸管门极；

10）Bypass OK 信号检测接口：连接Bypass OK 板。

3单元驱动板

板材功能：

接收来自单元控制板的控制信号，为单元上的4个IGBT提供驱动信号，监控驱动故障并报告给单元控制板。

板卡接口：

1）15V电源输入接口：连接单元控制板；

2）输入信号（Top1、Top2、/Lock）：连接至机组控制板；

3）输出信号（ERRout）：连接至机组控制板；

4）输出信号（TOP1、BOT1、TOP2、BOT2 IGBT驱动信号）：分别连接TOP1、BOT1、TOP2、BOT2 IGBT的C、G、E极。

4.绕过OK板

板材功能：

机组控制板发出旁路信号后，对旁路回路进行检测，并将检测信号输入到机组控制板。

板卡接口：

输入接口：连接旁路晶闸管的A、K极；

输出接口：连接机组控制板。

第二部分发电机组常见故障分析

现将功率单元部分的主要故障及对策介绍如下：

1、机组驱动器故障

(1) 测试目的

这样可以防止驱动电路故障、IGBT故障、外部短路或过流时机组无法工作，导致故障进一步扩大。

（二）故障原因及对策

原因1：机组输出过流或机组外部短路。

对策：检查负载是否故障，参数设置是否合理。

原因2：IGBT损坏。

对策：检查IGBT并更换损坏器件。

原因3：IGBT与单元驱动板之间接线错误或松动。

对策：检查接线，确保接线正确、牢固、可靠。

原因4：单元驱动板上输入电源电压低于12V。

对策：检查测试单元控制板上的电源输出并进行相应处理。

2、机组通讯故障（下行通讯故障）

(1) 测试目的

当机组与主控通讯无法正常进行时，机组将停机。

（二）故障原因及对策

原因1：机组电源板故障，导致无输出或输出电压低于22V。

对策：更换机组电源板。

原因2：输入保险丝全部损坏，导致单元总线不上电。

对策：更换输入保险丝。

原因3：输入整流桥损坏，导致单元母线无电。

对策：更换输入整流桥。

原因4：充电电阻损坏，导致单元总线不上电，系统上电报单元通讯故障。

对策：更换充电电阻。

原因五：光纤传输故障。

对策：检查光纤，确保连接正确可靠，无污染。如果损坏，请更换新的。

3、直流母线过电压

(1) 测试目的

防止功率单元直流母线电压过高，造成器件损坏。

（二）故障原因及对策

原因1：电网电压过高，超过过压报警点。

对策：监测电网，确保电网电压波动范围不超过报警点。

原因2：减速过程中参数设置不合理。

对策：重新设置参数。

原因3：负载侧故障。

对策：检查负载，确认负载正常。

4、直流母线欠压

(1) 测试目的

防止功率单元直流母线电压过低而导致系统无法正常工作。

（二）故障原因及对策

原因一：电网电压过低，有暂降，低于欠压报警点。

对策：监测电网，确保电网电压波动范围不低于报警点。

5、机组输入缺相

(1) 测试目的

这样可以防止功率单元长期工作在缺相状态，导致相应位置的移相变压器次级绕组发热而损坏。

（二）故障原因及对策

原因1：机组输出过流导致输入电流超过保险丝正常工作值而导致熔断。

对策：检查负载是否故障，参数设置是否合理。

6.机组过热

(1) 测试目的

防止IGBT因温度过高而损坏。

（二）故障原因及对策

原因一：故障机组相应位置的过滤器堵塞，导致通风不良，散热不足。导致IGBT温度逐渐升高，直至报出过热故障。

对策：更换或清洗过滤器。

原因2：单元柜上风扇故障，影响功率单元散热，导致IGBT温度逐渐升高，直至报过热故障。

对策：检查并修理风扇。

原因3：温度开关上的输出信号线与单元控制板上的连接端子松动或未插好。

对策：检查并确认连接是否稳定。