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電力電子功率硬件模組—YXPHM-TP310b-I 三電平三相DC-AC變流模塊
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電力電子功率硬件模組—YXPHM-TP310b-I 三電平三相DC-AC變流模塊

YXPHM系列采用基于模型設計的理念,脫胎于研旭成熟產品光伏并網逆變器與風機變流器等成熟產品,又結合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺研發經驗,對該拓撲結構與驅動電路、傳感器電路、信號處理電路進一步集成,同時提供實際控制器接口、快速原型控制器結構與實際控制器模塊,為用戶提供性價比更好的模塊化產品。
產品編號
產品描述

一、YXPHM系列功率模塊簡介

 

南京研旭公司最新研發推出了YXPHM系列工業級電力電子功率模塊,YXPHM系列模塊是面向高校實驗室、科研院所以及成品電力電子制造廠商的系列功率拓撲模塊。具備穩定的可靠性和良好的擴展性,種類豐富,囊括了現今主流的電力電子拓撲結構。外殼采用透明的亞克力板材,美觀實用,用戶可以方便觀察內部的硬件結構,簡潔的輸入輸出設計,減去用戶對模塊中間環節的困擾,讓用戶更專注的投入到核心研發中。

 

YXPHM系列采用基于模型設計的理念,脫胎于研旭成熟產品光伏并網逆變器與風機變流器等成熟產品,又結合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺研發經驗,對該拓撲結構與驅動電路、傳感器電路、信號處理電路進一步集成,同時提供實際控制器接口、快速原型控制器結構與實際控制器模塊,為用戶提供性價比更好的模塊化產品。

 

YXPHM系列產品主要型號參考如圖1所示:

 

圖1 YXPHM-TP型號說明

 

 

二、YXPHM-TP310b-I 三電平功率模塊

 

三電平變換具有一系列優點:輸出電壓波形為多電平,諧波小,所需的濾波電感量小,有利于降低系統成本和損耗;開關損耗小,效率高;開關動作時的電壓變化。

 

三相中點鉗位型三電平電路,又稱為 NPC 三電平電路,NPC型三電平拓撲結構具有輸出容量大、輸出電壓高、電流諧波含量小等優點,使得三電平結構在高壓大功率交流電機變頻調速領域得到了廣泛的應用。

 

YXPHM-TP310b-I有兩種拓撲結構:I型和T型。

 

圖2 YXPHM-TP310b-I  I型主電路拓撲示意

 

圖3 YXPHM-TP310b-I  T型主電路拓撲示意

 

上圖主電路拓撲為三相三電平橋式的兩種架構,功率開關器件采用英飛凌公司單橋臂三電平功率模塊。表1為其主要參數。

 

 表1  YXPHM-TP310b-I 主要參數表

 

三、YXPHM-TP310b-I功率模塊組成

 

圖4 YXPHM-TP310b-I功率模塊實物圖

 

圖4為YXPHM-TP310b-I功率模塊的實物圖,由主控單元(YXBOX1000數字采集控制器)、功率單元、采集調理單元、濾波單元和接口單元等組成

 

3.1 主控單元—BOX1000通用型數字采集控制器

 

  圖5 YX-BOX1000通用型數字采集控制器實物圖

 

  • DSP:TI公司TMS320F28335,32位浮點型,150MHz主頻;
  • AD電流采集:16通道,支持霍爾電流傳感器,支持交流、直流電壓采集;
  • PWM:12通道,最多可以控制兩組三相兩電平全橋;
  • QEP :1組;
  • DI:8通道,DO:4通道;
  • RS485:1通道,支持MODBUS通信協議;
  • CAN:1通道
  • LAN:1路100M網口,用于調試輸入輸出信息;

 

3.2 采集調理單元

  • 電流采集:8通道,支持電流霍爾電流傳感器電壓或者電流輸入,經過調理電路進入ADC單元;
  • 電壓采集:6通道,采用差分電路形式采集,交流、直流電壓均可進行調理采集;
  • 溫度采集: NTC5K/10K熱敏電阻,主要監測散熱器或功率模塊基板溫度。

 

3.3 功率單元

  • IGBT模塊:選用英飛凌公司單橋臂三電平功率模塊F3L75R07W2E3_B11(I型三電平)/ F3L100R12W2H3_B11(T型三電平),可以根據功率等級進行選擇更大電流相同封裝的模塊,母線電壓最高不超過900VDC;
  • 濾波電路:可以根據用戶需求定制,默認為LCL濾波電路;
  • 母線電容:采用串并式組合,8只450V680uF電解電容2串4并,2只600V110uF薄膜電容串聯;
  • 電流采集采用LEM公司閉環霍爾電流傳感器LAH25-NP/LAH50-NP,根據功率等級選擇相應傳感器,分別采集直流輸入電流和模塊三相交流端輸出電流。
  • 散熱器:300*200*50mm(W*L*H),可根據需要選配2只8025風機加強散熱;

 

3.4 濾波單元

 

  • 采用LCL結構,主電感2.2mH,輔助電感100uH,濾波電容每相4.7uF×2

 

3.5 接口單元

 

  • YXPHM-TP310b-I共有3類接口,分別為輔助24V供電端子,直流側端子,交流測端子;
  • 輔助24V端子用于為模塊內部控制器電路供電;
  • 直流側端子為直流母線端子正負極;
  • 交流側端子為交流母線端子A、B、C。

 

四、PRCP系統—PHM模塊+RCP控制器

 

當前,YXSPACE系列快速原型控制器備受大家關注,由于其支持模型下載功能,非??旖?、方便的驗證控制算法。因此為了提高功率模塊的使用場合,特將功率模塊的模擬采集部分以及數字控制部分通過DB25接口外擴出來,直接與RCP控制器對接,便于RCP直接控制。

 

 圖5 YXPHM-TP310b-I與SP2000控制器實物圖

 

圖6 YXPHM-TP310b-I與SP6000仿真機實物圖

 

五、常見控制策略

 

(1)傳統的三電平空間矢量調制策略

(2)三電平空間矢量分解控制算法

(3)三電平混合式中點電位平衡控制策略

 

六、YXPHM-TP310b-I功率模塊開放性

 

  • 研旭研發的YXPHM系列產品最大的特點就是開放性,目的是全面支撐用戶二次開發。所能提供的資料為:
  • 所有硬件圖紙,包含原理圖和PCB圖(PDF格式);
  • 內部布線圖;
  • DSP運行源代碼,包含但不限于程序主框架、硬件驅動功能、硬件配置功能、通訊功能、保護功能、編碼器功能、采樣功能、濾波函數、SVPWM算法等。;
  • 設備操作說明書;
  • 硬件開發設計說明;
  • 軟件開發設計說明(需選配軟件資源開放)。

 

用戶獲取以上資料后,可以從硬件、軟件兩個方面進行深度研究,硬件方面可以了解這類變流器的設計思路,以及一些特定成熟的電路。軟件方面不僅可以從編程技巧等基礎方面獲取經驗,而且更可以從探究、驗證自己的控制算法等理論方面獲得成果。

 

 

 

關鍵詞:
功率硬件模組
電力電子模塊

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