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2013
05-27

晶閘管系列模塊產(chǎn)品基本技術(shù)資料速查

  1、現有模塊的外型尺寸、模塊重量分別是多少?   根據現在的模塊封裝形式分為6種外形,具體的規格尺寸、重量如下表: 名稱(chēng)序號 模塊外觀(guān)尺寸(長(cháng)×寬×高) 模塊重量kg 備注 1 92×52×39 0.31 55型 2 92×60×39 0.38 100型 3 116×72×39 0.55 200型 4 145×105×60 1.2 320型 5 185×135×67 2.65 500型 6 300×230×102 9.6 1000型 7 400×300×110 20 2000型   2、 模塊內的組成材料   模塊的組成材料:有晶閘管、DCB(陶瓷覆銅板)、移相觸發(fā)控制電路、(保護電路、反饋電路、電流、電壓傳感器、單片機以上是功能模塊內含有)散熱底板、輸入輸出電極、控制信號端口等組成。   3、 模塊內部使用的芯片情況   采用的是進(jìn)口玻璃鈍化方芯片,德國生產(chǎn)。模塊的芯片耐壓值為1200-2200V   4、 模塊內部相互絕緣情況簡(jiǎn)介   模塊內的隔離方式是:晶閘管與散熱底板由DCB陶瓷覆銅板隔離,介電強度VISO≥2500VAC,觸發(fā)電路與晶閘管主電路采用電磁隔離。它們相互間的介電強度≥2000V。采用彈性硅凝膠保護和環(huán)氧樹(shù)脂密封。   5、 模塊的電路形式   按照負載使用需要,晶閘管主電路設計主要有:三相整流、三相交流、單相整流、單相交流四種電路形式。   6、 模塊輸出電壓的溫度系數是多少   溫度系數是600PPM/℃。   7、 模塊的電流(di/dt)電壓(dv/dt)上升率是多少   電流上升率:100A/μS 500V/μS   8、 模塊內有無(wú)保護功能   普通晶閘管模塊內部一般不帶保護,恒流恒壓控制模塊、智能電機控制模塊、雙閉環(huán)直流調速控制模塊等功能性產(chǎn)品帶有過(guò)流、缺相、過(guò)熱保護功能,根據客戶(hù)的需求普通常規型模塊也可特殊定制各種保護功能。   9、 模塊的控制信號情況   ±l2V穩壓電源要求   電壓范圍   +12V ±0.5V,紋波電壓小于30mv; -12V±0.5V,紋波電壓小于30mv;對于±12V電源要求精度±0.5V;紋波電壓≤10mv   電流能力   ±12V電源的電流必須大于實(shí)際工作電流2倍以上。若采用變壓器整流式穩壓電源,濾波電容必須大于1000μF/25V。   10、模塊工作時(shí)會(huì )不會(huì )產(chǎn)生諧波?影響有多少?   模塊在工作時(shí)產(chǎn)生的諧波與傳統的晶閘管電路相同,會(huì )對電網(wǎng)產(chǎn)生影響,但不嚴重,并不是諧波的疊加,不影響其它設備的正常工作。   11、模塊輸入電壓與輸出電壓是什么關(guān)系?   交流模塊Vout=0~1.0Vin,三相整流模塊Vout=0~1.35Vin。單相整流模塊Vout=0~0.9Vin。   12、模塊是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統還是閉環(huán)控制系統   晶閘管智能模塊(如全控整流、交流等)是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統;帶功能模塊(如恒流恒壓控制模塊、智能電機控制模塊、雙閉環(huán)直流調速控制模塊等功能性產(chǎn)品)是一個(gè)閉環(huán)控制系統。   13、開(kāi)環(huán)模塊與閉環(huán)模塊用途有何區別?控制有何不同?   開(kāi)環(huán)模塊隨負載和電網(wǎng)的變化而變化,閉環(huán)模塊在一定的負載和電網(wǎng)范圍(電網(wǎng)±20%,負載變化60%)內不隨其變化而變化。開(kāi)環(huán)模塊控制電源用+12V,閉環(huán)模塊控制電源用±12V。   14、模塊內晶閘管觸發(fā)脈沖形式   晶閘管觸發(fā)采用的是寬脈沖觸發(fā),觸發(fā)脈沖寬度大約在4ms(毫秒)左右。   15、晶閘管模塊主電路是全控還是半控?觸發(fā)電路是全控還是半控?全控半控觸發(fā)電壓有何區別?波形有什么不同?   晶閘管主電路是全控橋的,觸發(fā)電路有半控和全控之分。半控觸發(fā)電壓是0~10V,全控觸發(fā)電壓7V以后全部開(kāi)通。半控模塊波形圖一個(gè)周期內只有三個(gè)晶閘管的波形,全控模塊波形圖一個(gè)周期內六個(gè)晶閘管的波形都有。   16、模塊的主電路與觸發(fā)電路采取何種隔離方式?隔離電壓是多少?   隔離方式有兩種,固態(tài)繼電器采用光電隔離,其他模塊采用電磁隔離,隔離電壓2500VAC。   17、模塊為什么要加散熱器件?散熱方式有幾種?   晶閘管模塊工作時(shí),因本身壓降的存在,會(huì )產(chǎn)生較大的熱量,若不及時(shí)散掉會(huì )影響模塊的工作。散熱方式有:水冷、強迫風(fēng)冷、自然冷卻,一般推薦采用強迫風(fēng)冷。   18、模塊選型原則是什么?對環(huán)境溫度有何要求?   模塊電流規格的選?。?   阻性負載:模塊標稱(chēng)電流應為負載額定電流的2倍。感性負或:模塊標稱(chēng)電流應為負載額定電流的3倍。   對環(huán)境的要求:   環(huán)境適應溫度攝氏-25℃~+45℃。工作場(chǎng)所要求干燥、通風(fēng)、無(wú)塵、無(wú)腐蝕性氣體。   19、那幾種模塊內部有何保護?都是采取什么方式來(lái)實(shí)現的?   恒流恒壓控制模塊、雙閉環(huán)直流調速模塊、智能電機控制模塊內部有過(guò)流、過(guò)熱、缺相保護。其它模塊沒(méi)有保護,可以定做保護模塊,一般生產(chǎn)周期7-10天。通過(guò)電流電壓傳感器檢測模塊工作電流電壓是否超出規定值,超出規定值時(shí)自動(dòng)切斷控制信號。   20、模塊是否需加續流二極管?   模塊不用加續流二極管,因模塊主電路是全控主電路,當電感放電時(shí)不會(huì )失控。(半控定做模塊必須加二極管)   21、交流模塊能否用于調速?用于軟啟動(dòng)效果如何?過(guò)流保護能否保護電機?   交流模塊不能用于交流調速,用于軟啟動(dòng)可降低啟動(dòng)電流,減小對電網(wǎng)的沖擊,避免啟動(dòng)時(shí)其它設備誤動(dòng)作,效果較好。   22、直流調速模塊應用注意事項有什么?   直流調速模塊使用時(shí)需有配套的測速發(fā)電機,合適的勵磁電源,電樞電壓是220V還是440V的,4KW以上需配有平波電抗器。   23、交流模塊與調壓器有何不同?   調壓器是等功率傳送,與電網(wǎng)隔離。模塊不與電網(wǎng)隔離,傳輸功率受模塊電流控制。   24、交流模塊能否用于恒轉矩負載?控制力矩電機是否合適?   交流模塊不能直接用于恒轉矩負載,力矩電機是高轉子電阻電動(dòng)機,用模塊調速效果較好。   25、電能回饋是否有干擾的問(wèn)題   用整流模塊做電能回饋,用戶(hù)問(wèn):是否會(huì )產(chǎn)生電網(wǎng)干擾?答案是基本沒(méi)有干擾。因為用晶閘管整流電路將電能回饋到電網(wǎng)中,是利用了整流電路的一些特點(diǎn),在不改變原電網(wǎng)的任何參數的情況下,順著(zhù)電網(wǎng)的正弦流把外部能源添加到電網(wǎng)中。它不是一個(gè)高頻逆變過(guò)程,利用高頻振蕩的方式,將外部電源以高速脈沖電流添加到電網(wǎng)中去。

2013
05-27

晶閘管系列模塊產(chǎn)品現場(chǎng)使用技術(shù)解答

  (一)交流模塊的調壓功能與變壓器有何不同?   變壓器可使負載與電網(wǎng)隔離,按設定好的變壓比進(jìn)行等功率傳送;交流模塊不與電網(wǎng)隔離,只對電網(wǎng)電壓進(jìn)行調壓,其傳送功率受電流限制,隨電壓的降低而減少。   (二)模塊抗干擾能力如何?   該模塊適應于電網(wǎng)波形的大幅畸變,在主電路大電流工作時(shí)也能正常工作,且移相觸發(fā)控制系統不干擾與之相連的計算機或其他控制儀表,抗干擾能力強。   (三)模塊有何質(zhì)量保證?   產(chǎn)品嚴格按企業(yè)技術(shù)標準,質(zhì)量等級進(jìn)行生產(chǎn),如屬供方產(chǎn)品本身質(zhì)量問(wèn)題,供方在售出一年內包換。   (四)模塊在工作時(shí)會(huì )不會(huì )產(chǎn)生諧波?   模塊在工作時(shí)產(chǎn)生的諧波與傳統的晶閘管電路相同,會(huì )對電網(wǎng)造成影響,但目前據用戶(hù)的使用反饋情況來(lái)看,對電網(wǎng)造成的影響較小??梢赃@樣舉例來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題:模塊所控制的輸出功率與電網(wǎng)電源變壓器的功率比值是一個(gè)界定影響大小的依據,電網(wǎng)電源變壓器容量比較大,可以供給較大的電流,而模塊的輸出功率相對變壓器的功率來(lái)說(shuō)比較小,其影響就可以忽略不計;反之,模塊控制的輸出功率相對于變壓器功率來(lái)說(shuō)比較大,則影響就比較大。影響大的時(shí)候可以用電力電容器吸收,必要時(shí)可采用LC吸收。   (五)模塊在手動(dòng)控制時(shí),對所用電位器有何要求?   電位器的功率≥0.5W,阻值范圍從5.1—100K均可。   (六)模塊的散熱應注意些什么?   模塊芯片結溫不能超過(guò)125度,當模塊工作穩定時(shí),散熱器溫度勿超過(guò)80度(即模塊的殼溫),否則燒壞模塊。   (七)當用戶(hù)測試模塊輸出不正常時(shí),自行考慮哪幾方面?   1)模塊是否帶負載測試。   2)12V電源是否符合模塊工作要求。   3)如果是微機或儀表控制,看控制端是否有放電回路,因2、3腳有一電容可能存貯電荷,使未加信號時(shí)導通,需在2、3腳間接一個(gè)500K電阻。   4)若用戶(hù)測試不平衡,首先看其負載是否平衡,測試時(shí)數字表紅、黑表筆是否應AB、BC、CA相。   5)接線(xiàn)是否正確,尤其單相交流模塊,兩邊對應要加零線(xiàn)。   6)若用戶(hù)帶感性、容性負載或負載不確定的情況下,模塊工作不正常,建議用戶(hù)在純阻性負載下測試。   7)對于控制信號不確定的情況下,選用電位器調節來(lái)檢查模塊是否正常。

2013
05-27

智能晶閘管模塊在電氣控制中的應用

  一、前言   晶閘管自1957年問(wèn)世以來(lái),隨看半導體技術(shù)和應用技術(shù)不斷發(fā)展,它在電氣控制領(lǐng)域中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。過(guò)去,人們在使用晶閘管各種電氣控制中只能用分立器件做成裝置,由于電路復雜、體積大,安裝調試麻煩,可靠性也較差,應用受到很大限制。淄博市臨淄銀河高技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的晶閘管智能模塊ITPM(Intelli9ent Thyristor PowerModule),根本上解決了上述困難,使晶閘管的應用得以迅速擴大。   所謂ITPM就是將晶閘管主電路與移相觸發(fā)電路以及具有控制功能的電路封裝在同一外殼內的新型模塊。最新ITPM的移相觸發(fā)電路為全數字電路,功能電路由單片機完成,并且內置有多路電流、電壓、溫度傳感器,通過(guò)模塊上的接插件可將各種控制線(xiàn)引到鍵盤(pán),進(jìn)行各種功能和電氣參數設定,開(kāi)可進(jìn)行LED或LCD顯示。模塊的每支芯片的電流已達1000A/電壓1600V~2200V,該模塊實(shí)際上已是一個(gè)準電力電子裝置,不論在體積、容量、功能、智能化程度以及可靠性等方面與傳統裝置卻有很大優(yōu)勢,安裝、使用特別方便。毫無(wú)疑問(wèn),有了這種裝置模塊化的技術(shù)和產(chǎn)品,今后將會(huì )使配電系統內的各種電氣控制發(fā)生重大變化。   二、ITPM的應用范圍   較為完整的ITPM一般由電力晶閘管、移相觸發(fā)器、軟件控制的單片機、電流、電壓、溫度傳感器以及操作鍵盤(pán)、LED或LCD顯示等部分組成。如圖1所示: 圖 1 圖 2由單個(gè)ITPM組成的傳速、電流雙閉環(huán)調速系統   可以看出,除去因受電力晶閘管容量的限制外,這樣的ITPM已不是一般傳統晶閘管裝置所能比擬的。它有相當高的智能水平和適應性。因此,它在配電系統內的電氣控制中有著(zhù)廣泛應用。   柔性交流輸電FaCTS(F1esible ac Transmission System)在配電系統用ITPM取代分立半導體輸電開(kāi)關(guān)、半導體限流器、半導體斷路器、靜止無(wú)功補償器、動(dòng)態(tài)電壓復位器、靜止補償器以及有源濾波器,更能方便和滿(mǎn)足用戶(hù)規定等級的電力。   在交、直流電機調速方面,單塊ITPM可以成為一臺不可逆雙閉環(huán)直流調速器,兩個(gè)ITPM可以組成可逆四相限運行的調速器。如圖2所示:   ITPM用在交流異步串級調速、降壓調速。用六個(gè)ITPM非常方便地組成的交流變頻系統,如圖3-1、 圖3-2所示: 圖 3-1雙閉環(huán)控制的串級調速系統 圖 3-2雙閉環(huán)控制的串級調速系統可獲得較大功率低頻變頻電源。   在電源和控制方面有廣泛應用,如加速器穩壓電源,如圖4所示: 圖 4 加速器穩壓電源 圖 5 節能運行控制器   軟啟動(dòng)器、節能運行控制器應用如圖5所示:   固態(tài)接觸器、繼電器、工業(yè)電熱控溫、各種半各體專(zhuān)用設備精密控溫、中、高頻熱處理電源、電焊設備(整流焊機、二次整流焊機、逆變焊機)激光電源、勵磁電源、電鍍、電解電源、機械電子設備電源、城市無(wú)軌、電動(dòng)牽引、港口輪船起貨機、風(fēng)機、水泵、軌機、龍門(mén)刨、大吊車(chē)驅動(dòng)、超低頻鋼水、攪拌電源、造紙、紡織。城市供水、污水處理等,可以說(shuō)在配電系統內的電氣控制ITPM都有作為。   三、ITPM的應用意義   ITPM是電力電子產(chǎn)品數字化、智能化、模塊化的集中體現,高度展示了現代電力電子技術(shù)在電氣控制中的作用。ITPM不僅可以用在較為復雜的控制場(chǎng)合,更多的用在一般開(kāi)關(guān)控制場(chǎng)合是它的一大優(yōu)勢,由于其高開(kāi)關(guān)速度和無(wú)弧關(guān)斷等優(yōu)良特點(diǎn),這將會(huì )使控制的質(zhì)量和性能大為改善。廣泛和大量的應用ITPM令節省很多的金屬材料,并使其控制系統的體積大大減少,還可使非常復雜的多個(gè)電氣控制系統變的非常簡(jiǎn)單。用計算機集中控制,實(shí)現信息化管理,且運行維護費用很低。ITPM節能效果非常明顯,這對環(huán)保很有意義。   四、結束語(yǔ)   臨淄銀河高技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的系列ITPM,以其優(yōu)越的性能故大量采用,已且示出明顯的社會(huì )效果和經(jīng)濟效益,是傳統晶閘裝置的替代產(chǎn)品。有著(zhù)廣泛的應用和廣闊的市場(chǎng),是十分理想的新一代電氣控制產(chǎn)品。隨著(zhù)ITPM低成本和大規模進(jìn)入市場(chǎng),將會(huì )使傳統的電氣控制產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)生巨大變化,進(jìn)入新的電力電子的電氣控制時(shí)代。

2013
05-27

智能電機控制模塊的功能及其應用

  一、 概述   眾所周知,三相交流異步電動(dòng)機以其低成本,高可靠性和易維護等優(yōu)點(diǎn)在各行業(yè)中廣泛應用。但是,它在直接起動(dòng)時(shí),存在著(zhù)很大的缺點(diǎn):首先,它的起動(dòng)電流高達額定電流的5-7倍,這需要電網(wǎng)有很大的裕量,而且降低了電器控制設備的使用壽命,増加維護成本,甚至影響了其它電氣設備的正常運行;其次,起動(dòng)轉矩可達正常轉矩的2倍,這會(huì )對負載產(chǎn)生沖擊,增加傳動(dòng)部件的磨擦和額外維護。因為以上原因,出現了三相異步電動(dòng)機降壓起動(dòng)設備。   傳統的降壓起動(dòng)有以下幾種方法:   1、在電動(dòng)機定子回路中串入電抗器,使一部分電壓降在電抗器上;   2、星形-三角形轉換降壓起動(dòng)(Y -△)。 電機起動(dòng)時(shí)接成星形,起動(dòng)結束后,通過(guò)一個(gè)轉換器變成三角形接法;   3、起動(dòng)補償器起動(dòng)(自藕變壓器起動(dòng))。   傳統的起動(dòng)設備體積龐大,成本高,結構復雜,與負載匹配的電機轉距很難控制,也就是說(shuō)很難得到合適的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉距;而且在切換瞬間會(huì )產(chǎn)生很高的電流尖峰,由此產(chǎn)生的機械振動(dòng)會(huì )損害電機轉子,軸連接器,中間齒輪,以及負載。   因此,就需要有一種能克服傳統起動(dòng)缺點(diǎn)的起動(dòng)裝置。“智能電機控制模塊”,采用數碼管顯示,按鍵控制,整個(gè)起動(dòng)過(guò)程全部由單片機控制自動(dòng)完成。用戶(hù)通過(guò)按鍵調整參數設置,可以按需要選擇不同的起動(dòng)方式,能夠很方便地控制起動(dòng)電流,得到與負載相匹配的電機轉矩。   二、系統構成   如圖1,整個(gè)系統由主電路,移相調控,同步檢測,電壓電流反饋,單片機控制,顯示與按鍵六部分組成。其中,顯示與按鍵為一部分,組成一塊控制板。其它五部分全部集成在模塊內部。通過(guò)一條15芯的并行線(xiàn)與控制板連結起來(lái)。 圖1 圖2   三、各主要功能介紹   電機軟起動(dòng)控制模塊主要能夠完成以下功能:   1、電壓斜坡起動(dòng)   2、限流起動(dòng)   3、軟停車(chē)   4、節能運行   5、過(guò)流、過(guò)熱、缺相保護   現在分別介紹一下   1、電壓斜坡起動(dòng)   如圖2,系統首先加一個(gè)電壓Us到電機上,用于克服靜摩擦轉矩之后,電壓線(xiàn)性上升,從Us增 加到最大電壓Umax。此時(shí),加到電動(dòng)機端子上的電壓等于電網(wǎng)輸入電壓。 Us由用戶(hù)設定,可供用戶(hù)選 擇的電壓為80V-300V。Ts由用戶(hù)設定,可以在1-90秒中選擇。   這種起動(dòng)方式的特點(diǎn)是起動(dòng)平穩,可減少起動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊,同時(shí)大大減輕起動(dòng)力矩對負載帶來(lái)的機械振動(dòng)。   2、限流起動(dòng)   如圖3,這種起動(dòng)方式是由用戶(hù)設定一電流值Ik,在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中,實(shí)際電流不超過(guò)設定值Ik。Ik由用戶(hù)根據實(shí)際負載大小自己設定。   限流起動(dòng)可以使大慣性負載以最小電流被起動(dòng)加速,可以用來(lái)設置電流上限,滿(mǎn)足電網(wǎng)容量在有限場(chǎng)合的使用。這種起動(dòng)方式特別適合于恒轉矩負載。   3、軟停車(chē)   如圖4,與直接停車(chē)相比,就是加到電機上的電壓不是立即降下來(lái)的,而是由最高電壓逐漸下降,經(jīng)時(shí)一段時(shí)間Tp,最后降為0V。其中,下降時(shí)間Tp用戶(hù)設定,范圍是0-90秒。   這種軟停車(chē)可以大大減少管道設備中液體的沖擊。   4、節能運行   對于大磨擦負載,由于所需起動(dòng)電流大,需要功率較大的電動(dòng)機,而正常負載所需運行負載力矩比電動(dòng)機額定轉矩小的多,這就造成電動(dòng)機輕載運行。對于間隙性負載,維持大電流的工作時(shí)間占整個(gè)周期很小一部分,造成輕載有功損耗浪費,使運行功率因數大大降低。智能電機控制模塊自動(dòng)調節輸出電壓,使電機工作在最佳效率工作區,達到節能目的。   5、保護功能   共有三種保護功能:過(guò)流保護,過(guò)熱保護,缺相保護。   在起動(dòng)或者運行過(guò)程中如果出現上述三種故障之一,模塊會(huì )自動(dòng)切斷電機,控制板上的數碼管會(huì )閃爍顯示故障原因,待排除故障以后,按復位鍵即可恢復正常。 圖3 圖4   四、實(shí)驗情況及實(shí)際應用介紹   我們對一只正在使用中的智能電機控制模塊進(jìn)行了實(shí)際測量并作了記錄。   所用負載為18.5KW風(fēng)機,電壓實(shí)際測量值為390V左右。   為了作一個(gè)比較,首先拆掉模塊進(jìn)行直接起動(dòng)。   合上空氣開(kāi)關(guān)以后,電壓立即上升到390V,電流快速上升到150A,持續一段時(shí)間,逐漸下降,最后穩定在30A左右。同時(shí),可清楚地聽(tīng)到由于大電流沖擊,風(fēng)機產(chǎn)生強烈的機械振動(dòng)所發(fā)出的聲音。   然后接上電機軟起動(dòng)控制模塊,設置為限流方式起動(dòng),限流值為90A,打開(kāi)節能運行。   按下“起動(dòng)”鍵,可觀(guān)測到電流上升速度明顯變慢,逐漸上升到90A,保持2~3秒后,逐漸下降為30A。電壓由0V緩慢上升到390V。起動(dòng)時(shí)間為6秒。在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中,電機起動(dòng)平穩,聽(tīng)不到機械沖擊的聲音。   15秒后,電壓逐漸下降為355V,電流不變,開(kāi)始穩定運行。   智能電機控制模塊可廣泛應用于各工業(yè)領(lǐng)域,其功能適用領(lǐng)域如下:   1、降低電動(dòng)機起動(dòng)電流(一般交流電動(dòng)機直接起動(dòng)時(shí),沖擊電流是額定電流的5-7倍);   2、避免電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)供電線(xiàn)路產(chǎn)生瞬間電壓跌落,造成設備、儀表誤動(dòng)作;   3、防止起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生力矩沖擊,而使機械斷軸或產(chǎn)生廢品;   4、可以較頻繁地起動(dòng)電動(dòng)機(軟起動(dòng)裝置一般允許10次/小時(shí),而使電動(dòng)機不致過(guò)熱);   5、對泵類(lèi)負載可以防止水錘效應,防止管道破裂;   6、對某些工藝應用(如染紗機械),可防止由于起動(dòng)過(guò)快而產(chǎn)生染色不勻造成質(zhì)量問(wèn)題;   7、對某些易碎的容器灌漿生產(chǎn)線(xiàn),可防止容器破損;   8、需要控制起動(dòng)電流,減少對機械的沖擊,同時(shí)也可適應較低容量供電變壓器的場(chǎng)合(如注塑機);   9、可以降低電網(wǎng)適配容量,節省增容費開(kāi)支;   10、需要方便地調節起動(dòng)特性的場(chǎng)合。

2013
05-27

晶閘管恒流恒壓模塊模塊的特點(diǎn)及應用

  1. 前言   現代化工業(yè)生產(chǎn)中,晶閘管以其成熟的技術(shù)、大電流高電壓等特點(diǎn)獲得了廣泛的應用。在晶閘管組成的自動(dòng)控制系統中,有許多是采用電流閉環(huán)控制的恒流和電壓閉環(huán)控制的恒壓應用。但是,目前大多數恒流恒壓的晶閘管裝置和產(chǎn)品受傳感器和控制電路的制約,體積龐大,電路復雜,難于調試,控制精度低。并且由于采用了分流器和分壓器進(jìn)行取樣,無(wú)隔離措施,控制電路的電磁干擾大,難以與計算機接口應用。使晶閘管恒流恒壓設備的應用處于較困難狀態(tài)。而采用晶閘管的恒流恒壓設備又因其大范圍的恒壓(0~幾百伏)、恒流(0~幾百安培)的特點(diǎn)有很大的應用空間。我公司生產(chǎn)的恒流恒壓智能模塊很好的解決了這一應用與制造上的矛盾。   與傳統的恒流恒壓設備相比,恒流恒壓智能模塊由于采用了線(xiàn)性霍爾傳感器、高精度的控制電路及模塊化的生產(chǎn)技術(shù),具有控制電路與強電完全隔離、控制精度高、體積小及使用方便等特點(diǎn),必將獲得大量的應用。   2. 工作原理   (1)主工作電路   恒流恒壓智能模塊(整流)的主電路見(jiàn)圖1,它是一個(gè)由六只晶閘管構成的三相全控整流橋,通過(guò)控制電路改變其導通角可獲得0-50V的直流電壓。 圖1 圖2   控制系統工作原理圖如圖2   (1) 霍爾傳感器的采用   霍爾效應式傳感器是一種新型電流、電壓采樣器件,它的工作原理是利用霍爾元件在磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應電壓的霍爾效應,將電流、電壓轉換為電壓信號?;魻杺鞲衅鞯膬?yōu)點(diǎn)為轉換系數高,有電氣隔離作用,響應速度快,線(xiàn)性度較好,對提高整機性能有很大好處。   2.控制系統特點(diǎn)   (1)采用線(xiàn)性霍爾傳感器,實(shí)現電氣隔離,提高了整機性能,使設定電壓(0-10V)與輸出電壓與電流成較好的線(xiàn)性對應關(guān)系,克服了晶閘管移相角度與輸出電壓非線(xiàn)性的缺點(diǎn)。   (2)電壓反饋與電流反饋采用兩套獨立電路,互不影響,并且可通過(guò)外加電平實(shí)現自動(dòng)轉換。   (3)多種保護功能,使用更加安全方便。   (4)采用數字移相控制電路使觸發(fā)更為準確可靠。   3. 恒流恒壓智能模塊的主要技術(shù)參數和功能   由于采用高精度的霍爾傳感器和精密放大電路,模塊化的產(chǎn)品縮短了控制電路與移相電路、主電路的信號傳輸距離,干擾小等特點(diǎn),從而使恒流恒壓模塊的控制精度較高,比其他同功能產(chǎn)品有更大的優(yōu)越性。   (1)較高控制精度在晶閘管控制曲線(xiàn)上線(xiàn)性度較好的范圍內(恒壓在100V-350V,恒流約在35%-75%I(最大設定電流)),穩壓精度在0.5%,穩流精度在1%之內,在線(xiàn)性度較差的范圍內,穩壓精度不大于1%,穩流精度不大于2%。   (2)電網(wǎng)調整率:電網(wǎng)變化±20%,輸出變化(調整范圍內)不大于±1%。   (3)高線(xiàn)性對應關(guān)系,0-10V設定與輸出電流(壓)成較好線(xiàn)性關(guān)系,非線(xiàn)性度不大于5%。   除恒流恒壓功能外,模塊還具有如下功能:   多種保護功能,過(guò)流、過(guò)熱、缺相保護三種保護功能使模塊應用更為安全。   采樣信號輸出,霍爾傳感器采樣信號輸出,可外接電流電壓顯示。   禁止恒流恒壓功能,如果對內部恒流恒壓效果不滿(mǎn)意,可外接控制電路,直接采用傳感器采樣信號。   4 .恒流恒壓模塊的應用場(chǎng)合   恒流恒壓智能模塊以其控制電路精度高,平衡性好,工作電壓范圍寬,抗電流沖擊性能好,安裝使用簡(jiǎn)單,可靠性高,體積小,免維護,有利于電源小型化等特點(diǎn),可廣泛應用于電動(dòng)機、發(fā)電機勵磁、直流屏(蓄電池充電)、激光電源、充磁設備、UPS電源等各種場(chǎng)合,在現代國外應用較多的“懸浮迭加”式線(xiàn)性電源的應用中更能體現該模塊的特點(diǎn)。   (1) 基本應用原理圖(圖 3) 圖3 圖4 圖5   (2)交流恒流恒壓在電鍍電解中的應用原理圖(圖 4)   (3)懸浮迭加式線(xiàn)性電源中的應用(圖 5)   此裝置用于高精度大功率線(xiàn)性穩壓電源,極大的降低了GTR的功耗,使效率和可靠性有很大提高,并可采用較小功率GTR,降低了成本。采用恒流恒壓模塊不僅提高了精度,并且使電源體積得以大幅縮小。

2013
05-27

晶閘管恒流恒壓控制模塊的使用技術(shù)解答

  恒流恒壓控制模塊   (1)模塊初次使用常見(jiàn)問(wèn)題   模塊使用前可先進(jìn)行簡(jiǎn)單功能測試,可以測試恒流功能,也可測試恒壓功能,但選用恒壓功能測試比較方便。以下幾點(diǎn)是初次使用常見(jiàn)問(wèn)題,對您或許有指導意義。  ?、僬{整給定信號時(shí)模塊沒(méi)有電流或電壓輸出,但給定信號和外加±12V電源正常。   處理:你需要對模塊進(jìn)行復位。  ?、诤銐簯脮r(shí),用電壓表測輸出電壓不準確或不連續。   原因:你的負載太小,換大于100w的負載。  ?、酆懔鲬脮r(shí),給定信號很小,模塊即全電壓輸出。   處理:你需要工作在較大電流下,比如20A。  ?、苣K的恒流精度或恒壓精度達不到規定指標。   原因:電源指標達不到要求或給定信號不穩定。  ?、莺懔骱銐汗δ苣芊裢瑫r(shí)使用?   答案:不能,只能單獨工作在恒流或者恒壓某一方式,或按順序進(jìn)行切換。  ?、弈K能否在任何輸出電壓下都能達到最大標稱(chēng)電流值?   答案:不能,模塊的標稱(chēng)電流為全電壓輸出時(shí)最大輸出電流,具體能輸出多大電流還取決于輸出電壓的高低和穩定精度等指標。  ?、吣K最佳工作區間如何選取?   答案:模塊應用在20%-60%標稱(chēng)值最佳;小于20%或大于70%時(shí)效果較差。  ?、嚯姵爻潆姂脮r(shí),如何對電池放電?   方法1:把模塊正負輸出極性調整成與充電時(shí)相反。   方法2:模塊輸出正極接一電感,模塊極性同充電時(shí)一樣,先把模塊電壓調到高于電池組,然后緩慢把模塊輸出電壓降至電池放電電壓值,用逆變方法完成電池的放電。該方法適于專(zhuān)業(yè)用戶(hù)使用。  ?、崮K用于電感負載時(shí)指標下降。   原因:模塊的電壓、電流傳感器處理電路對感應的信號電壓處理方式同普通儀表可能不同。晶閘管在換向時(shí)會(huì )產(chǎn)生反問(wèn)尖脈沖,模塊處理電路會(huì )把尖脈沖抑制掉;而普通儀表則對該尖峰照常處理,所以它屬于正?,F象,而非指標下降。  ?、馊绾螌ふ疑崞鳒囟葴y試點(diǎn)?   方法:測試點(diǎn)選擇靠近模塊中心點(diǎn)、緊貼模塊外殼的散熱器表面處。   (2) 電流選取規則  ?、倌K電流的選取   模塊的標稱(chēng)電流為模塊正常工作允許流過(guò)的最大電流,考慮到晶閘管抗電流沖擊能力餃差,選取模塊時(shí)建議您應留出裕量。   阻性負載:模塊標稱(chēng)電流應為負載額定電流的2倍。感性負載:模塊標稱(chēng)電流應為負載額定電流的3倍:  ?、趯ń且螅?   在非正弦波狀態(tài)下用普通儀表測出的電流值不是有效值,儀表顯示較小的電流值就有可能超過(guò)模塊額定值的幾倍,因此,要求模塊盡量工作在較大導通角下(100度以上)。模塊在較小導通角(即模塊高輸入電壓、低輸出電壓)下輸出較大電流,這樣會(huì )使模塊嚴重發(fā)熱而燒毀。

2013
05-27

電力電子模塊用關(guān)鍵絕緣材料

  在電力半導體模塊的發(fā)展中,隨著(zhù)集成度的提高,體積減小,使得單位散熱面積上的功耗增加,散熱成為模塊制造中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,而傳統的模塊結構(焊接式和壓接式)已無(wú)法成功地解決散熱問(wèn)題。因此對處于散熱底板和芯片之間的導熱絕緣材料提出了新要求。目前,國內外電力電子行業(yè)所用此種材料一般是陶瓷-金屬復合板結構,簡(jiǎn)稱(chēng)DBC板(Dircet Bonding Copper)。   所謂DBC技術(shù),是指將銅在高溫下直接鍵合到陶瓷材料上的技術(shù)。DBC板主要是采用Al2O3、AIN、BeO等導熱絕緣陶瓷基片。由于BeO含有毒性,工業(yè)上少有利用。AIN雖然導熱性能良好,且熱膨脹系數與硅相近,但價(jià)格太高,因此目前Al2O3已被廣泛用作DBC板的導熱絕緣基片,而AIN也處于發(fā)展之中。   目前國外DBC基板已投入工業(yè)化生產(chǎn),并廣泛用于電力半導體模塊、微波傳送和密封等領(lǐng)域。在相同功率的電力半導體中,DBC板的焊接式模塊,與普通焊接式模塊相比,不僅體積小,重量輕,省部件,并且具有更好的熱疲勞穩定性和更高的集成度。國內這方面的研究剛剛起步,尚未形成工業(yè)化生產(chǎn)。西安交通大學(xué)電氣絕緣研究所結合GTR模塊封裝結構的"八五"攻關(guān)任務(wù),采用DBC技術(shù)研制出Al2O3-Cu復合板,并提供給西安電力電子技術(shù)研究所,北京電力電子新技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心等單位試用。目前已形成實(shí)驗室小批量生產(chǎn)。市場(chǎng)前景可觀(guān)。   DBC基板在功率模塊中所起的作用如下:   1)作為硅芯片的承載體,并且二者之間無(wú)其它任何材料和連接線(xiàn)。電路布線(xiàn)基板,功能近似于PCB板。   2)絕緣性能好,把導電部件和散熱部件隔離開(kāi)。   3)散熱性能好,把硅芯片產(chǎn)生的熱量通過(guò)導熱機油傳輸到散熱裝置。   因此說(shuō)DBC基板是導熱性能和絕緣性能都很優(yōu)良的基板。   Al2O3-Cu基板具有如下的優(yōu)良特性:   1)熱阻抗小,且熱膨脹系數同Al2O3,與硅相近(7.4×10-5K-1),使用中不要過(guò)渡層,硅芯片可直接焊接在DBC基板上;   2)具有良好的機械性能,附著(zhù)力>5000N/cm2,抗剝力>90N/cm;   3)耐腐蝕、不形變,可在-55℃~+860℃溫度范圍內使用;   4)極好的電絕緣性能,瓷板耐壓>2.5KV;   5)良好的導熱性,熱導率為24~28W/m·K;   6)焊接性良好,達到95%以上。   DBC板將是未來(lái)電子線(xiàn)路中結構和連接技術(shù)的基礎材料。在傳統有機覆銅P.C.板不能滿(mǎn)足元件熱沖擊性能的時(shí)候,DBC板將用于具有高耗散功率電子組件的基本材料。在使用中,由于較厚的銅層(0.3mm)能承受更高的電流負載,在相同截面下,僅需通常P.C.板12%的導體寬度;良好的熱電率,使功率芯片的密集安裝成為可能。在單位體積內能傳輸更大的功率,提高系統和設備的可靠性。在電力電子如下相關(guān)領(lǐng)域可得廣泛應用:   (1)功率半導體器件,如IGBT、GTR、SIT等;   (2)功率控制線(xiàn)路;   (3)混合功率線(xiàn)路及新式功率結構單元;   (4)固態(tài)繼電器及高頻開(kāi)關(guān)模塊電源;   (5)電子加熱器件的溫度控制單元;   (6)變頻器、電機調速、交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān);   (7)電子陶瓷器件,經(jīng)我所研究表明,采用DBC技術(shù)制作BaTiO3的燒銅電極,與普通的燒銀電極以及鍍銅電極相比,接觸電阻小,性能優(yōu)越;   (8)汽車(chē)電子、航空航天軍事技術(shù)等方面的結構單元。 DBC技術(shù)是未來(lái)"芯-板"技術(shù)的基礎,代表著(zhù)今后封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢,隨著(zhù)DBC板的應用,就向未來(lái)的"芯-板"技術(shù)邁進(jìn)了一步,同時(shí)也形成了創(chuàng )造性產(chǎn)品思想和具有高集成度設備設計的基礎。   目前,隨著(zhù)GTR、IGBT、SIT等新型器件的發(fā)展,對導熱更好的DBC板又提出了要求,日本已研制出了AIN覆銅板,并用于IGBT的封裝中。我國已研制出AIN陶瓷基片,我所已開(kāi)展了AIN覆銅板的研制工作,并正在進(jìn)行鍵合機理及工藝過(guò)程的研究,預計在"九五"期間,將會(huì )在國內電力半導體行業(yè)中得到應用。

2013
05-27

電力半導體模塊發(fā)展新趨勢

  一種新型器件的誕生往往使整個(gè)裝置系統面貌發(fā)生巨大改觀(guān),促進(jìn)電力電子技術(shù)向前發(fā)展。自1957年第一個(gè)晶閘管問(wèn)世以來(lái),經(jīng)過(guò)40多年的開(kāi)發(fā)和研究,已推出可關(guān)斷晶閘管(GTO),絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等40多種電力半導體器件,目前正沿著(zhù)高頻化、大功率化、智能化和模塊化的方向發(fā)展,本文將簡(jiǎn)要介紹模塊化發(fā)展趨勢。   所謂模塊,最初定義是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的電力半導體芯片按一定電路聯(lián)成,用RTV、彈性硅凝膠、環(huán)氧樹(shù)脂等保護材料,密封在一個(gè)絕緣的外殼內,并與導熱底板絕緣而成。自上世紀70年代Semikron Nurmbeg把模塊原理(當時(shí)僅限于晶閘管和整流二極管)引入電力電子技術(shù)領(lǐng)域以來(lái),因此模塊化就受到世界各國電力半導體公司的重視,開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出各種內部電聯(lián)接形式的電力半導體模塊,如晶閘管、整流二極管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、光控晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管(GTR)、MOS可控晶閘管(MCT)、電力MOSFET以及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等模塊,使模塊技術(shù)得到蓬勃發(fā)展,在器件中所占比例越來(lái)越大。   據美國在上世紀90年代初統計,在過(guò)去十幾年內,300A以下的分立晶閘管、整流二極管以及20A以上達林頓晶體管市場(chǎng)占有量已由90%降到20%,而上述器件的模塊卻由10%上升到80%,可見(jiàn)模塊發(fā)展之快。   隨著(zhù)MOS結構為基礎的現代半導體器件研發(fā)的成功,亦即用電壓控制、驅動(dòng)功率小、控制簡(jiǎn)單的IGBT、電力MOSFET、MOS控制晶閘管(MCT)和MOC控制整流管(MCD)的出現,開(kāi)發(fā)出把器件芯片與控制電路、驅動(dòng)電路、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱和欠壓保護電路以及自診斷電路組合,并密封在同一絕緣外殼內的智能化電力半導體模塊,即IPM。   為了更進(jìn)一步提高系統的可靠性,適應電力電子技術(shù)向高頻化、小型化、模塊化發(fā)展方向,有些制造商在IPM的基礎上,增加一些逆變器的功能,將逆變器電路(IC)的所有器件都以芯片形式封裝在一個(gè)模塊內,成為用戶(hù)專(zhuān)用電力模塊(ASPM),使之不再有傳統引線(xiàn)相連,而內部連線(xiàn)采用超聲焊、熱壓焊或壓接方式相連,使寄生電感降到最小,有利于裝置高頻化。一臺7.5KW的電機變頻裝置,其中ASPM只有600×400×250(mm)那么大,而可喜的是,這種用戶(hù)專(zhuān)用電力模塊可按應用電路的不同而進(jìn)行二次設計,有很大的應用靈活性。但在技術(shù)上要把邏輯電平為幾伏、幾毫安的集成電路IC與幾百安、幾千伏的電力半導體器件集成在同一芯片上是非常困難的。雖然目前已有1.5KW以下的ASPM出售,但要做大功率的ASPM,還需要解決一系列的問(wèn)題,因此迫使人們采用混合封裝形式來(lái)制造適用于各種場(chǎng)合的集成電力電子模塊(IPEM),IPEM為新世紀電力電子技術(shù)的發(fā)展開(kāi)了新途徑。   智能晶閘管模塊   晶閘管和整流二極管模塊主要指各種電聯(lián)接的橋臂模塊和單相整流橋模塊,晶閘管模塊經(jīng)過(guò)近30年的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn),目前制造這種系列模塊的技術(shù)已相當成熟,生產(chǎn)成品率也相當高,使用亦很普遍和成熟,已成為電力調控的重要器件,因此這里不再介紹。   晶閘管智能模塊就是ITPM(Intelligent thyristor power module)把晶閘管主電路與移相觸發(fā)系統以及過(guò)電流、過(guò)電壓保護傳感器共同封閉在一個(gè)塑料外殼內制成。由于晶閘管是電流控制型電力半導體器件,所以需要較大的脈沖觸發(fā)功率才能驅動(dòng)晶閘管,又加其它一些輔助電路的元器件,如同步電流的同步變壓器等體積龐大,很難使移相觸發(fā)系統與晶閘管主電路以及傳感器等封裝在同一外殼內制成晶閘管智能模塊。因此,世界上一直沒(méi)有擺脫將晶閘管器件與門(mén)極觸發(fā)系統分立制作的傳統形式。   山東淄博臨淄銀河高技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司,經(jīng)多年的開(kāi)發(fā)研究,解決了同步元器件微型化問(wèn)題,使之適合集成應用之后,繼而解決了提高信號幅度、抗干擾、高壓隔離和同步信號輸入等問(wèn)題,并研制開(kāi)發(fā)出高密度的功率脈沖變壓器和多路高速大電流IC,以及兩種適合集成模塊專(zhuān)用IC。在采用了導熱、絕緣性能良好的DCB板、鉬銅板,具有良好電絕緣和保護性能和良好熱傳導作用的彈性硅凝膠等特殊材料后,開(kāi)發(fā)出多種具有各種功能的晶閘管智能模塊,如三相、單相集成移相調控晶閘管智能交流開(kāi)關(guān)模塊,帶過(guò)零觸發(fā)電路的三相、單相交流開(kāi)關(guān)模塊等。   圖1為晶閘管智能三相橋模塊的內部接線(xiàn)圖(a)及其它外形照片(b),還有晶閘管智能電機控制模塊,解決了一直未能實(shí)現的晶閘管主電路與移相觸發(fā)系統以及保護取樣傳感器共同封裝在一個(gè)塑料外殼內的難題。臨淄銀河公司研制出模塊最大工作線(xiàn)電流為1600A(RMS),額定工作電壓為380V和600V,已用于交流變頻、交直流電氣傳動(dòng)以及三相交流固態(tài)開(kāi)關(guān)和恒壓、恒流電源等領(lǐng)域。 圖1   IGBT智能模塊   上世紀80年代初,IGBT器件的研制成功以及隨后其額定參數的不斷提高和改進(jìn),為高頻、較大功率應用范圍的發(fā)展起到了重要作用,由于IGBT模塊具有電壓型驅動(dòng),驅動(dòng)功率小,開(kāi)關(guān)速度高,飽和壓降低和可耐高電壓和大電流等一系列應用上的優(yōu)點(diǎn),表現出很好的綜合性能,已成為當前在工業(yè)領(lǐng)域應用最廣泛的電力半導體器件。其硬開(kāi)關(guān)頻率達25KHz,軟開(kāi)關(guān)頻率可達100KHz。而新研制成的霹靂型(Thunderbolt)型IGBT,其硬開(kāi)關(guān)頻率可達150KHz,諧振逆變軟開(kāi)關(guān)電路中可達300KHz。   目前,IGBT封裝形式主要有塑料單管和底板與各主電路相互絕緣的模塊形式,大功率IGBT模塊亦有平板壓接形式。由于模塊封閉形式對設計散熱器極為方便,因此,各大器件公司廣泛采用。另一方面,IGBT模塊生產(chǎn)工藝復雜,制造過(guò)程中要做十幾次精細的光刻套刻,并經(jīng)相應次數的高溫加工,因此要制造大面積即大電流的IGBT單片,其成品率將大大降低??墒?,IGBT的MOS特性,使其更易并聯(lián),所以模塊封裝形式更適合于制造大電流IGBT。起初由于IGBT要用高阻外延片技術(shù),電壓很難突破,因為要制造這樣高壓的IGBT,外延厚度就要超過(guò)微米,這在技術(shù)上很難,且幾乎不能實(shí)用化。   1996年日本多家公司采用<110>晶面的高阻硅單晶制造IGBT器件,硅片厚度超過(guò)300微米,使單片機IGBT的耐壓超過(guò)2.5KV,因此,同年?yáng)|芝公司推出的1000A/2500V平板壓接式IGBT器件就是由24個(gè)80A/2500V的芯并聯(lián)組成。   1998年ABB公司采用在陽(yáng)極側透明(Transparent)P+發(fā)射層和N-層緩沖層結構,使IGBT模塊的耐壓高達4.5KV,而該公司同年研發(fā)成的1200A/3300V的IGBT模塊就是由20個(gè)IGBT芯片和12個(gè)FWD芯片并聯(lián)制成。此后,非穿通(NPT)和軟穿通(SPT)結構IGBT的試制成功,使IGBT器件具有正電阻溫度系數,更易于并聯(lián),這為高電壓、大電流IGBT模塊的制造只需并聯(lián)無(wú)需串聯(lián)創(chuàng )造了技術(shù)基礎。目前,已能批量生產(chǎn)一單元、二單元、四單元、六單元和七單元的IGBT標準型模塊,其最高水平已達1800A/4500V。圖2為300A/1700V IGBT模塊的電路圖,它是由4個(gè)160A/1700V IGBT芯片和8個(gè)100A/1700V快恢復二極管組成。 圖2 圖3   但是隨著(zhù)模塊頻率的提高和功率的增大,內部寄生電感較大的一般IGBT模塊結構,已不能適應應用的需要。為了降低模塊內部的裝配寄生電感,使器件在開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓最小,以適應調頻大功率IGBT模塊封裝的需要,ABB公司開(kāi)發(fā)出一種如圖3所示的平面式低電感模塊(ELIP)的新結構,該結構與一般傳統結構的主要區別在于:(1)它采用很多寬而簿的銅片重疊形成發(fā)射極端子和集電極端子,安裝時(shí)與模塊銅底板平行,并采用等長(cháng)平行導線(xiàn)直接從IGBT發(fā)射極連到發(fā)射極端子上,而集電極端子則連到DBC板空間位置上,從而消除了互感,限制了鄰近效應,降低了內部寄生電感量;(2)許多并聯(lián)的IGBT和FWD芯片都焊在無(wú)圖形的DBC板上,且IGBT的發(fā)射極和FWD的陽(yáng)極上焊有鉬緩沖片,IGBT的柵極與柵極均流電阻鋁絲鍵合相連,這樣使芯片間的電流分布和整流電壓條件一致,有利于模塊芯片能在相同溫度下工作,大大提高了模塊出力和可靠性;(3)模塊采用堆積式設計,把上下絕緣層、上下電極端子以及印制電路板相互疊放,并用粘合膠粘合在一起(粘合時(shí)要避免氣泡),能很好地隨溫度循環(huán),無(wú)需考慮所謂焊應應力,即所謂的電極“S”形設計。   由于MOS結構的IGBT是電壓驅動(dòng)的,因此驅動(dòng)功率小,并可用IC來(lái)實(shí)現驅動(dòng)和控制,進(jìn)而發(fā)展到把IGBT芯片、快速二極管芯片、控制和驅動(dòng)電路、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱和欠壓保護電路、箝位電路以及自診斷電路等封裝在同一絕緣外殼內的智能化IGBT模塊(IPM),它為電力電子逆變器的高頻化、小型化、高可靠性和高性能創(chuàng )造了器件基礎,亦使整機設計更簡(jiǎn)化,整機的設計、開(kāi)發(fā)和制造成本降低,縮短整機產(chǎn)品的上市時(shí)間。由于IPM均采用標準化的具有邏輯電平的柵控接口,使IPM能很方便與控制電路板連接。IPM在故障情況下的自保護能力,降低了器件在開(kāi)發(fā)和使用的損壞,大大提高了整機的可靠性。

2013
05-27

雙閉環(huán)直流調速模塊的原理及應用

  一、前言:   晶閘管直流傳動(dòng)70年代前后在我國得到大力的推廣和應用,經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展歷史,還停留在分立器件的基礎上,體積大,接線(xiàn)復雜,使用極不方便而且價(jià)格昂貴。我公司開(kāi)發(fā)的雙閉環(huán)直流調速模塊,本著(zhù)集成和使用方便的原則將直流調速系統模塊化。先進(jìn)的工藝流程和高性能的電路設計大大提高了模塊的使用壽命和可靠性,而且性?xún)r(jià)比很高,為直流調速領(lǐng)域增添了新的活力。   二、模塊內部的電路構成   本模塊內含功率晶閘管、移相控制電路、轉速電流雙閉環(huán)調速電路、積分電路、電流反饋電路、以及缺相和過(guò)流保護電路,其方框圖見(jiàn)圖1。 圖1 圖2   (一)功率晶閘管完成變流及功率調整,采用進(jìn)口方形芯片、高級芯片支撐板,經(jīng)特殊燒結工藝,保證焊接層無(wú)空洞,使用DCB板及其它高級導熱絕緣材料,導熱性能好,基板不帶電,使用安全可靠。熱循環(huán)次數超過(guò)國家標準近10倍,具有很長(cháng)的使用壽命。   (二)積分環(huán)節可實(shí)現直流電機軟起動(dòng),并且起動(dòng)時(shí)間可調,設計時(shí)給用戶(hù)預留兩個(gè)端口,其連接如圖6,調節兩個(gè)電位器,可改變積分時(shí)間長(cháng)短,從而達到改變電機起動(dòng)時(shí)間的目的。積分環(huán)節適用于起動(dòng)過(guò)渡過(guò)程平穩的場(chǎng)合,如高爐卷?yè)P機、礦井提升機、冷熱連軋機等。當輸入為階躍信號時(shí),通過(guò)給定積分器變換成有一定斜率的線(xiàn)性漸變輸出信號,作為速度調節器的給定輸入,給定積分器的穩定輸出即為電機的速度給定,給定積分器輸出的變化斜率即為電機的加速度,其啟動(dòng)電流波形圖見(jiàn)圖2。如果用戶(hù)要求在負載一定的條件下,電機以最大的等加速度起動(dòng),可把積分環(huán)節去掉,模塊留出兩個(gè)端口作為電流環(huán)和速度環(huán)的輸出限幅(如圖6),調節電流環(huán)的輸出限幅,改變電機的最大起動(dòng)電流,獲得理想的過(guò)渡過(guò)程。其起動(dòng)電流波形圖見(jiàn)圖3。   (三)轉速電流雙閉環(huán)電路 速度調節及抗負載和電網(wǎng)擾動(dòng),采用雙PI調節器,可獲得良好的動(dòng)靜態(tài)效果。設計過(guò)程采用“二階最佳”參數設計法設計,結合系統動(dòng)靜態(tài)效果選擇最佳參數。從抑制超調的觀(guān)點(diǎn)出發(fā),電流環(huán)校正成典型I型系統。為使系統在階躍擾動(dòng)時(shí)無(wú)穩態(tài)誤差,并具有較好的抗擾性能,速度環(huán)設計成典型II型系統。   內外環(huán)對數幅頻特性的比較,圖4畫(huà)出了電流環(huán)和轉速環(huán)的開(kāi)環(huán)對數幅頻特性: 圖3 圖4   從上圖可以看出,圖中轉折頻率和截止頻率點(diǎn)一個(gè)比一個(gè)小,這是一個(gè)必然的規律。這樣設計的雙環(huán)系統,外環(huán)總比內環(huán)慢。一般來(lái)說(shuō),調整過(guò)程一般是先外環(huán)后內環(huán),電流環(huán)要想提高系統的動(dòng)態(tài)效果,可增大電流環(huán)阻容端的電阻,但要減小電容,其關(guān)系是C1*0.03/R1。速度環(huán)要想提高動(dòng)態(tài)效果,從典型II型系統的各項指標中得出,它的動(dòng)態(tài)效果是一個(gè)中間的參數,需要反復調試,增大電阻R2可提高系統的穩態(tài)精度,相應的減小電阻可獲得良好的動(dòng)態(tài)效果,具體情況可根據用戶(hù)的系統參數要求調節,其關(guān)系是C2 0..87/R2(電流超調量<=5),模塊設計過(guò)程留出四個(gè)端口(其聯(lián)接如圖6),作為速度環(huán)和電流環(huán)的阻容端,用戶(hù)可根據實(shí)際情況調節。   (四) 電流反饋 采用國外進(jìn)口霍爾傳感器,并置于模塊內部。主要完成電流信號的取樣,具有極高的線(xiàn)性度,簡(jiǎn)化了系統的外圍器件。   (五)保護電路 模塊內部設置過(guò)流和缺相保護電路,保證了電機的安全運行,而且留出一個(gè)端口作為過(guò)流保護給定信號輸入(其聯(lián)接如圖6),用戶(hù)可以根據自己設備的過(guò)載能力調節,更加突出了本模塊的使用靈活性。   三、模塊的應用   電流轉速雙閉環(huán)調速電路,因其具有極高的調速范圍、很好的動(dòng)靜態(tài)性能及抗擾性能,在調速領(lǐng)域得到廣泛的應用。   本模塊以應用到造紙、擠塑、印染及其他直流調速領(lǐng)域,效果很好。   實(shí)驗條件:模塊為MSZ—ZLTS—400,直流電動(dòng)機:Ued=220V,Ied=41A,Ned=1500r/min,允許過(guò)載倍數為1.5。   實(shí)驗結果:速度超調量Vp<5%,電流超調量Ip<0.5%,調整時(shí)間Ts<0.5S,振蕩次數H<=2,轉速穩定度Vb<=0.02,轉速穩定度Vs<0.5%(如圖5) 圖5 圖6   四、結束語(yǔ) 本系統設計成模塊的形式:集成度高,體積小,接線(xiàn)方便,調節簡(jiǎn)單,運行安全可靠,并且具有通用性,即同一種模塊參數相同,使用非常方便。

2013
05-27

數字式智能電機控制模塊

  一、概述   眾所周知,三相交流異步電動(dòng)機以其低成本,高可靠性和易維護等優(yōu)點(diǎn)在各行業(yè)中廣泛應用。但是,它在直接起動(dòng)時(shí),存在著(zhù)很大的缺點(diǎn):首先,它的起動(dòng)電流高達額定電流的5-7倍,這需要電網(wǎng)有很大的裕量,而且降低了電器控制設備的使用壽命,増加維護成本,甚至影響了其它電氣設備的正常運行;其次,起動(dòng)轉矩可達正常轉矩的2倍,這會(huì )對負載產(chǎn)生沖擊,增加傳動(dòng)部件的磨擦和額外維護。因為以上原因,出現了三相異步電動(dòng)機降壓起動(dòng)設備。   傳統的降壓起動(dòng)有以下幾種方法:   1、在電動(dòng)機定子回路中串入電抗器,使一部分電壓降在電抗器上;   2、星形-三角形轉換降壓起動(dòng)(Y -△)。電機起動(dòng)時(shí)接成星形,起動(dòng)結束后,通過(guò)一個(gè)轉換器變成三角形接法;   3、起動(dòng)補償器起動(dòng)(自耦變壓器起動(dòng))。   傳統的起動(dòng)設備體積龐大,成本高,結構復雜,與負載匹配的電機轉距很難控制,也就是說(shuō)很難得到合適的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉距;而且在切換瞬間會(huì )產(chǎn)生很高的電流尖峰,由此產(chǎn)生的機械振動(dòng)會(huì )損害電機轉子、軸連接器、中間齒輪以及負載。   因此,就需要有一種能克服傳統起動(dòng)缺點(diǎn)的起動(dòng)裝置。由銀河公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的捷普牌新一代數字式智能電機控制模塊,不但完全克服了傳統起動(dòng)的缺點(diǎn),對各種起動(dòng)方法做了進(jìn)一步的改善和提高,另外還增加了很多其他功能,比如: 節能運行,過(guò)流保護,過(guò)熱保護,缺相保護等等。   這種模塊采用數碼管顯示、按鍵控制,整個(gè)起動(dòng)過(guò)程全部由單片機按照預先設定自動(dòng)完成,所以操作起來(lái)極其方便。   用戶(hù)通過(guò)按鍵調整參數設置,可以按實(shí)際情況選擇不同的起動(dòng)方式,能夠很方便地控制起動(dòng)電流,得到與負載相匹配的電機轉矩。   二、模塊內部結構及電氣原理   模塊內部結構如圖1。從圖中可以看出,該模塊的主電路與相控電路及單片機共同封裝于同一殼體內,同時(shí)內置多個(gè)電流、電壓傳感器。用接插件將模塊與控制盒連接在一起,實(shí)現各種功能的設置和顯示。 圖 1   主電路為6只玻璃鈍化方形晶閘管芯片,通過(guò)一體化焊接技術(shù),將其貼在DBC(陶瓷覆銅板)上,并與導熱銅板焊接在一起。模塊使用時(shí),導熱銅板與散熱片通過(guò)導熱硅脂緊密接觸。這種結構使模塊具有很高的絕緣性能和散熱性能。   圖2是模塊電氣原理方框圖。移相電路部分是銀河公司自主開(kāi)發(fā)的JP-SSY01數字移相集成電路。該電路為SOP28封裝,5V單一電源供電,全數字化處理方式,具有很高的移相精度、對稱(chēng)度。對控制端加0-10V電平信號,即可控制移相角度。   同步變壓器輸出同步信號給移相電路,其中一路另外分給單片機,作為單片機采集電壓、電流信號的基準。這樣,就克服了如果交流電頻率變化帶來(lái)的計算誤差,提高了計算精度。   傳感器包括兩種:電壓傳感器和電流傳感器。兩種傳感器中均使用了霍爾元件,具有體積小、反應快、線(xiàn)形度高的特點(diǎn),通過(guò)與模塊結構的一體化設計方便地置于模塊內部。兩種傳感器將電壓模擬量、電流模擬量傳給12位高速A/D轉換器,通過(guò)A/D轉換,將相應的數字量傳給單片機,以備單片機進(jìn)行處理。   顯示、控制部分采用串行口與單片機進(jìn)行通訊,這種通訊方式大大減少了該部分與模塊內部的連線(xiàn)。5個(gè)數碼管顯示、8個(gè)按鍵控制,使顯示與控制直觀(guān)、方便。   三、主要功能   智能電機控制模塊主要能夠完成以下功能:   1、電壓斜坡起動(dòng)   2、限流起動(dòng)   3、電壓突跳功能   4、軟停車(chē)   5、節能運行   6、過(guò)流、過(guò)熱、缺相保護   分別介紹如下:   1、電壓斜坡起動(dòng)   如圖3,系統首先加一個(gè)電壓Us到電機上,之后電壓線(xiàn)性上升,從Us增 加到最大電壓Umax。此時(shí),加到電動(dòng)機端子上的電壓等于電網(wǎng)輸入電壓。Us由用戶(hù)設定,可供用戶(hù)選 擇的電壓為80-300 V。Ts由用戶(hù)設定,可以在1-90秒中選擇。在實(shí)際使用中,用戶(hù)根據實(shí)際情況,例如電機功率大小、負載大小等,選擇合適的參數,達到最佳起動(dòng)效果。   這種起動(dòng)方式的特點(diǎn)是起動(dòng)平穩,可減少起動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊,同時(shí)大大減輕起動(dòng)力矩對負載帶來(lái)的機械振動(dòng)。   2、限流起動(dòng)   如圖4,這種起動(dòng)方式是由用戶(hù)設定一電流值Ik,在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中,實(shí)際電流不超過(guò)設定值Ik。Ik由用戶(hù)根據實(shí)際負載大小自己設定。   限流起動(dòng)可以使大慣性負載以最小電流被起動(dòng)加速,可以用來(lái)設置電流上限,滿(mǎn)足電網(wǎng)容量在有限場(chǎng)合的使用。這種起動(dòng)方式特別適合于恒轉矩負載。   3、電壓突跳功能   實(shí)際應用中,很多負載具有很大的靜摩擦力;而在電壓斜坡起動(dòng)方式中,電壓是由小到大逐漸上升的。如果直接使用電壓斜坡方式起動(dòng),在起動(dòng)開(kāi)始的一段時(shí)間內,因所加電壓太小,克服不了負載的靜摩擦力,電機不動(dòng),造成因發(fā)熱而損壞電機的情況。電壓突跳功能則解決了這個(gè)問(wèn)題。在電機起動(dòng)前,模塊先輸出一電壓Ut, 且持續一段時(shí)間Tt, 用以克服靜摩擦力,待電機轉動(dòng)之后,再按照原設定方式起動(dòng),從而比較好地保護了電機。對于不需要該功能的負載,只要在設定中將Tt設置為0即可。Ut可調整,范圍是0-380V,Tt可調整,范圍是0-10秒(如圖5)。   4、軟停車(chē)   如圖6,按下停車(chē)鍵后,模塊的輸出電壓立即下降到Up1,然后逐漸下降,經(jīng)過(guò)時(shí)間Tp后,下降到Up2,再立即下降到0。Up1可調整,范圍是100-380V;Up2可調整,范圍是0-300V;Tp調整的范圍是0-90秒。   這種軟停車(chē)可以大大減少管道設備中液體的沖擊。   5、節能運行   對于大磨擦負載,由于所需起動(dòng)電流大,需要功率較大的電動(dòng)機,而正常負載所需運行負載力矩比電動(dòng)機額定轉矩小的多,這就造成電動(dòng)機輕載運行。對于間歇性負載,維持大電流的工作時(shí)間占整個(gè)周期很小一部分,造成輕載無(wú)功損耗浪費,使運行功率因數大大降低。智能電機控制模塊通過(guò)檢測電壓和電流,判斷加到電機上的負載大小,根據負載大小自動(dòng)調節輸出電壓,使電機工作在最佳效率工作區,達到節能目的。   6、保護功能   共有三種保護功能:過(guò)流保護,過(guò)熱保護,缺相保護。   在起動(dòng)或者運行過(guò)程中如果出現上述三種故障之一,模塊會(huì )自動(dòng)斷電,控制盒上的數碼管會(huì )閃爍顯示故障原因,待排除故障以后,按復位鍵即可恢復正常。   在上述保護中,過(guò)流保護值可調。   四、實(shí)驗情況及實(shí)際應用介紹   我們對一只正在使用中的智能電機控制模塊進(jìn)行了實(shí)際測量并作了記錄。   所用負載為18.5KW風(fēng)機,電壓實(shí)際測量值為390V左右。   為了作一個(gè)比較,首先拆掉模塊進(jìn)行直接起動(dòng)。   合上空氣開(kāi)關(guān)以后,電壓立即上升到390V,電流快速上升到150A,持續一段時(shí)間,逐漸下降,最后穩定在30A左右。同時(shí),可清楚地聽(tīng)到由于大電流沖擊,風(fēng)機產(chǎn)生強烈的機械振動(dòng)所發(fā)出的聲音。   然后接上智能電機控制模塊,設置為限流方式起動(dòng),限流值為90A,打開(kāi)節能運行。   按下“起動(dòng)”鍵,可觀(guān)測到電流上升速度明顯變慢,逐漸上升到90A,保持2-3秒后,逐漸下降為30A。電壓由0V緩慢上升到390V。起動(dòng)時(shí)間為6秒。在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中,電機起動(dòng)平穩,聽(tīng)不到機械沖擊的聲音。   15秒后,電壓逐漸下降為355V,電流不變,開(kāi)始穩定運行。   數字式智能電機控制模塊現已廣泛應用于各種生產(chǎn)領(lǐng)域和其它場(chǎng)合,現介紹如下:   1、降低電動(dòng)機起動(dòng)電流(一般交流電動(dòng)機直接起動(dòng)時(shí),沖擊電流是額定電流的5-7倍);   2、避免電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)供電線(xiàn)路產(chǎn)生瞬間電壓跌落,造成設備、儀表誤動(dòng)作;   3、防止起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生力矩沖擊,而使機械斷軸或產(chǎn)生廢品;   4、可以較頻繁地起動(dòng)電動(dòng)機(軟起動(dòng)裝置一般允許10次/小時(shí),而使電動(dòng)機不致過(guò)熱);   5、對泵類(lèi)負載可以防止水錘效應,防止管道破裂;   6、對某些工藝應用(如染紗機械),可防止由于起動(dòng)過(guò)快而產(chǎn)生染色不勻造成質(zhì)量問(wèn)題;   7、對某些易碎的容器灌漿生產(chǎn)線(xiàn),可防止容器破損;   8、需要控制起動(dòng)電流,減少對機械的沖擊,同時(shí)也可適應較低容量供電變壓器的場(chǎng)合(如注塑機);   9、可以降低電網(wǎng)適配容量,節省增容費開(kāi)支;   10、需要方便地調節起動(dòng)特性的場(chǎng)合。   由以上看出,數字式智能電機控制模塊集電機起動(dòng)、節能運行、保護于一體。突出特點(diǎn)是體積小、功能強、安裝方便、操作簡(jiǎn)單、免維護、可靠性高,是傳統起動(dòng)設備的理想換代產(chǎn)品。   參考文獻:   1、《半導體變流技術(shù)》(第2版) 上海機械高等專(zhuān)科學(xué)校 莫正康 主編   2、《計算機控制技術(shù)與應用》 湘潭機電高等專(zhuān)科學(xué)校、哈爾濱工業(yè)大學(xué)威海分校   劉國榮 梁景凱 主編   3、《智能電機控制模塊使用說(shuō)明書(shū)》(第2版本) 淄博市臨淄銀河高技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司

2013
05-27

模塊選型注意事項-導通角要求

  導通角要求:   模塊在較小導通角時(shí)(即模塊高輸入電壓、低輸出電壓)輸出較大電流,這樣會(huì )使模塊嚴重發(fā)熱甚至燒毀。這是因為在非正弦波狀態(tài)下用普通儀表測出的電流值,不是有效值,所以,盡管儀表顯示的電流值并未超過(guò)模塊的標稱(chēng)值,但有效值會(huì )超過(guò)模塊標稱(chēng)值的幾倍。因此,要求模塊應在較大導通角下(100度以上)工作。模塊在不同輸出電壓下允許的最大輸出電流比例可參見(jiàn)表1   U實(shí)/U標   1   0.75   0.50   0.25   0.15   I實(shí)/I標   1   0.85   0.60   0.45   0.3   U實(shí):模塊實(shí)際輸出的電壓; U標:模塊能輸出的最高電壓;   I實(shí):模塊實(shí)際輸出的電流; I標:模塊標稱(chēng)最大電流。   示例:100A的三相交流模塊,電網(wǎng)為380V,對應不同輸出電壓下,最大輸出電流見(jiàn)表2   輸出電壓   380V   285V   190V   50V   最大輸出電流   100A   85A   60A   25A   其它要求:   (1)當模塊控制變壓器負載時(shí),如果變壓器空載,輸出電流可能會(huì )小于晶閘管芯片的擎住電流,導致回路中產(chǎn)生較大直流分量,嚴重時(shí)會(huì )燒掉保險絲。為了避免出現上述情況,可在模塊輸出端接一固定電阻,一般每相輸出電流不小于500mA(具體數據可根據試驗情況確定)。   (2)小規格模塊主電極無(wú)螺釘緊固,極易掀起折斷.接線(xiàn)時(shí)應注意避免外力或電纜重力將電極拉起折斷。   (3)嚴禁將電纜銅線(xiàn)直接壓接在模塊電極上,以防止接觸不良產(chǎn)生附加發(fā)熱。   (4)模塊不能當作隔離開(kāi)關(guān)使用。為保證安全.模塊輸入端前面需加空氣開(kāi)關(guān)。   (5)測量模塊工作殼溫時(shí),測試點(diǎn)選擇靠近模塊底板中心的散熱器表面??蓪⑸崞鞅砻嬉韵聶M向打一深孔至散熱器中心,把熱電偶探頭插到孔底。要求該測試點(diǎn)的溫度應≤80℃。