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第一部分 功率单元基础知识及基本原理
一、功率单元基础知识
1 ．什么是功率单元
功率单元是使用功率电力电子器件进行整流、滤波、逆变的高压变频器部件。
功率单元是构成高压变频器主回路的主要部分。
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（将交流变成直流）。我公司使用的整流桥内部封装形式有以下两种，图1所示的封装内部有6只整流二极管，用在功率单元的三相输入端；图2所示的封装内部有2只整流二极管，用在功率单元的三相输入端以及旁通回路中。
目前使用的整流桥品牌有： Semikron 、Eupec；
使用的整流桥电压等级有：1400V、1800V；
例如：SKD62/18、SKKD260/14。
2 ）可控硅
可控硅使用在充电电路和旁通回路上，均起“开关”作用。我公司使用的可控硅内部封装形式如图3所示：
目前使用的可控硅品牌有：Semikron 、英飞凌、富士等；
使用的可控硅电压等级有：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）。EPCOS(德国)
使用的电压等级有： 400V。
使用的容量有3300uF、6800uF、10000uF、12000uF。
4) IGBT
其作用是逆变（将直流变为交流）。目前使用的IGBT大部分为“*管双**”（内部封装了两组IGBT模块），内部封装示意图如图4所示：
目前常使用的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。
二、功率单元拓扑结构
1 ．主回路拓扑结构
2 、旁通回路拓扑结构
3 、 IGBT 主回路旁通技术
| 图7 IGBT主回路旁通示意图 |
三、功率单元板件介绍
1 ．单元电源板
板件作用：
从功率单元直流母线上取电，输出24V直流电源供单元控制板使用。
板件接口：
输入接口：接功率单元正、负直流母线
输出接口：24VDC输出，接单元控制板
2 ．单元控制板
板件作用：
1)接收主控系统信号，给驱动板提供控制信号；
2)进行实时故障监测，向主控系统上报故障信息；
3)给单元驱动板供电。
板件接口：
1)光纤接口：与主控系统进行通信；
2)24V电源输入接口：与电源板连接；
3)驱动信号（Top1、Top2、/Lock）接口：与驱动板连接；
4)15V电源输出接口：与驱动板连接，为驱动板供电；
5)过压、欠压检测接口：与单元正负母线连接；
6)缺相检测接口：接熔断器辅助开关；
7)过热检测接口：接温度检测开关；
8)上电可控硅驱动信号接口：接上电可控硅门极；
9)旁通可控硅驱动信号接口：接旁通可控硅门极；
10)旁通OK信号检测接口：接旁通OK板。
3 ．单元驱动板
板件作用：
接收单元控制板的控制信号，为单元上的四路IGBT提供驱动信号，同时对驱动故障进行监测，上报单元控制板。
板件接口：
1)15V电源输入接口：接单元控制板；
2)输入信号（Top1、Top2、/Lock）：接单元控制板；
3)输出信号（ERRout）：接单元控制板；
4)输出信号（TOP1、BOT1、TOP2、BOT2路IGBT驱 动信号）：分别接TOP1 、BOT1、TOP2、BOT2路IGBT的C、G、E极。
4 ．旁通OK板
板件作用：
在单元控制板发出旁通信号以后，对旁通回路进行检测，检测信号输入单元控制板。
板件接口：
输入接口：接旁通可控硅A、K极；
输出接口：接单元控制板。
第二部分 功率单元常见故障分析
现对功率单元部分的主要故障及其对策介绍如下：
一、单元驱动故障
（一）检测目的
防止单元在驱动电路有故障、IGBT有故障、外部短路或过流状态下工作，造成故障进一步扩大。
（二）故障原因及对策
★ 原因 1：单元输出过流或单元外部出现短路情况。
对策：查看负载有无故障，参数设置是否合理。
★ 原因 2：IGBT损坏。
对策：检查IGBT，更换损坏的器件。
★ 原因 3：IGBT与单元驱动板之间的接线错误或者松动。
对策：检查接线，确保接线正确无误，牢固可靠。
★ 原因 4：单元驱动板上的输入电源电压低于12V。
对策：检查测试单元控制板上的电源输出，做相应处理。
二、单元通信故障（下行通信故障）
（一）检测目的
当单元与主控之间不能正常进行通讯时，进行停机处理。
（二）故障原因及对策
★ 原因 1：单元电源板故障导致无输出或输出电压低于22V。
对策：更换单元电源板。
★ 原因 2：输入端熔断器全部损坏造成单元母线上没电。
对策：更换输入端熔断器。
★ 原因 3：输入端整流桥损坏造成单元母线上没电。
对策：更换输入端整流桥。
★ 原因 4：充电电阻损坏造成单元母线上没电，在系统上电时报单元通信故障。
对策：更换充电电阻。
★ 原因 5：光纤传输故障。
对策：检查光纤，确保连接正确可靠，没有沾污，若损坏需更换新的光纤。
三、直流母线过压
（一）检测目的
防止功率单元直流母线上电压过高，造成元器件损坏。
（二）故障原因及对策
★ 原因 1：电网电压过高，超出过压报警点。
对策：监视电网，确保电网的电压波动范围不超过报警点。
★ 原因 2：降速过程中参数设置不合理。
对策：重新设置参数。
★ 原因 3：负载侧有故障。
对策：检查负载，确认负载正常。
四、直流母线欠压
（一）检测目的
防止功率单元直流母线上电压过低，系统不能正常工作。
（二）故障原因及对策
★ 原因 1：电网电压过低，出现暂降，低于欠压报警点。
对策：监视电网，确保电网的电压波动范围不低于报警点。
五、单元输入缺相
（一）检测目的
防止功率单元长期在缺相状态工作，导致对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：单元输出过流导致输入电流超过熔断器的正常工作值而熔断。
对策：查看负载有无故障，参数设置是否合理。
六、单元过热
（一）检测目的
防止IGBT的温度过高而损坏。
（二）故障原因及对策
★ 原因 1：故障单元对应位置的滤网堵塞造成通风不畅，散热能力不够，从而使IGBT的温度逐渐上升直到报过热故障。
对策：更换或清洗滤网。
★ 原因2：单元柜上的风机故障，影响功率单元的散热，从而使IGBT的温度逐渐上升直到报过热故障。
对策：检查维修风机。
★ 原因3：温度开关上的输出信号线与单元控制板的连接端子松动，或未插好。
对策：检查并确认连接稳固。
