逆变器主电路的可靠性计算VIP专享VIP免费

逆变器主电路的可靠性计算邵戎常越上海交通大学摘要：逆变器主电路的可靠性是变频器等功率转化装置安全合理使用的保证。以西门子(上海)电气传动设备有限公司(原美国罗宾康公司)PH系列的630V/100A功率单元为例,通过收集电力电子器件可靠性数据,建立逆变器主电路的可靠性数学模型,并选择其中主要器件之一铝电解电容进行重点分析,从而对逆变器主电路可靠性进行计算，并在此基础上提出改进设计来满足国产化过程中系统可靠性指标要求。关键词：逆变器电力电子器件可靠性ReliabilityCalculationofMainCircuitofInverterShaoRongChangYueAbstract:ThereliabilityinpowercircuitofinverterisassuranceforVFDandotherpowertransferapplication.Inthispaper,weselectPHseries630V/100ApowercellmadebySiemensElectricalDrives(Shanghai)Ltd.(RobiconShanghai)assample.Wecollectitsdifferentpowerdevices’reliabilitydataandsetupreliabilityblockdiagramsforitspowercircuit.ThroughanalyzingreliabilityofAluminumelectrolyticcapacitorswhichaffectspowercircuitreliabilitydeeply,wecalculatepowercircuitreliabilityonsupposedconditions.Basedontheresults,wecanbalancereliabilityandcostandoptimizepowercircuitdesignduringlocalization.Keywords:inverterpowercircuitreliability1引言近年来,随着电力电子技术的发展,作为节能和过程工艺需要的逆变器在国内已发展到成熟阶段。其应用普遍,已成为工业自动化的重要环节。产品的寿命和可靠性越来越受到用户和生产厂家的关注。通过逆变器主电路可靠性的计算,不仅使得从其设计,工艺和可靠性管理上得以总结改善其可靠性的方法,而且为现场的维修间隔提供方案。另外,其可靠性指标的计算对拓扑机构相对复杂的高压变频器如单元串联多电平高压变频器,三电平高压变频器的可靠性研究具有指导意义。西门子(上海)电气传动设备有限公司(原美国罗宾康公司,以下简称罗宾康)主要生产单元串联多电平高压变频器,其核心部件功率单元其主要电路形式即为H桥逆变器。我们选择其中一种630V/100A的功率单元作为研究对象。通过对逆变器主电路的可靠性计算,我们期望对功率单元的可靠性有进一步的认识,从而从技术上和质量管理上寻求提高国产化器件可靠性的方法。另外研究逆变器主电路可靠性可以为日后的逆变器设计和生产提供指导性的意义,使得逆变器的单位成本在其构成基于性能和可靠性得到合理的分布。2逆变器工作原理2.1单元串联多电平高压变频器原理18功率单元的单元串联多电平高压变频器（AC6600V）的主电路原理图如图1所示。图1典型的单元串联多电平高压变频器主电路原理图图1下部是输入隔离变压器，其每一个次级仅供给一个功率单元（A1-C6）。每个功率单元通过光纤接收调制信息以产生负载所需要的输出电压和频率,即实现逆变。与标准PWM系统不一样，加在电机端子上的电压是由许多较小幅度电压叠加所产生的而不是采用较少的大幅度电压。这可明显减小对电机绝缘的电压应力同时提高电机电流的质量。因每个功率单元由变压器具有不同角度相位差的次级供电，所以变频器输入电流失真明显减少，输入功率因数保持高于0.95。2.2逆变器(功率单元)主电路原理同台变频器上功率单元是完全相同的，不同功率和输出电流的变频器其功率单元规格可能是不同的。不同功率单元其尺寸或主电路功率二极管(三相不控整流)、滤波电容和IGBT(H桥逆变)是不一样的。每个功率单元包含一块含IGBT栅极驱动的单元控制板。逆变器主电路根据驱动信号以PWM调制方式将固定电压630V和固定频率50Hz输入的正弦波转化为脉宽和频率可变的正弦波输出。此功能不能实现时逆变器主电路被判为失效。其原理图如图2所示。图2逆变器主电路原理图罗宾康第3代单元串联多电平变频器提供5种基本单元型号（电流额定值），组合起来提供3300VAC（每相3单元串联）,4160VAC（每相4单元串联），4800VAC（每相5单元串联）和6600VAC（每相6单元串联）的输出工作电压。由此可见，逆变器作为高压变频器的一个主要部件，对整机的可靠性起到重要的作用，尤其是罗宾康单元串联多电平变频器是由众多逆变器组成。其生产的6kV第三代单...