100kVar SVG模塊主電路選型分析

本文介紹了批量出貨的100kVar 三電平SVG選型主拓?fù)浞桨福瑢ζ渲械闹髌骷x型進(jìn)行分析。

圖1、無頂蓋整機(jī)圖

額定參數(shù)如下：

額定功率：100kVar

額定電壓：380V

額定電流：150A

圖2、一次電路圖

一次電路圖如圖2所示，采樣3相4線制進(jìn)線，三電平方案，轉(zhuǎn)換效率高，下面對各個主器件選型進(jìn)行分析。

1、 熔芯3個FWP-200A，由于模塊內(nèi)部沒有斷路器，根據(jù)電氣安全規(guī)范要求，必須有在設(shè)備內(nèi)部短路的情況下，設(shè)備能夠斷開與電網(wǎng)的連接，熔芯的作用所在。

2、 壓敏電阻TVR20D102 共7只，焊接在電路板上，在機(jī)械開關(guān)動作時的操作過電壓保護(hù)使用，保護(hù)IGBT過壓損壞(模塊內(nèi)部沒有防雷器件)。

3、濾波方案采樣LCL濾波方式，外電感每相使用一個單只150A/25uH電感，電感量小，8根漆包線并繞，制作不難。

4、濾波電容每相使用6只250Vac/10uF薄膜電容并聯(lián)，等效電容60uF，注意LCL濾波方案易與電網(wǎng)諧振，因此電容回路中串聯(lián)了阻尼電阻。

5、主開關(guān)每相采用3只T92S7繼電器并聯(lián)使用，單只T92有2個常開30A觸點(diǎn)，這樣的話共6只30A觸點(diǎn)并聯(lián)等效180A，主要是繼電器無滅弧能量，同時觸點(diǎn)并聯(lián)時均流是個問題，為了降低成本采用該方案，對產(chǎn)品長期使用的穩(wěn)定性有很大考驗(yàn)。

6、直流電容預(yù)充電方案還是常規(guī)變頻器上面的2相開關(guān)上面并聯(lián)10歐左右的充電電阻，方案不好，如果模塊損壞了，豈不是直流電容一直帶電，況且電解電容漏液短路問題非常普遍，經(jīng)常見到上電IGBT、電解電容炸機(jī)的情況。

7、內(nèi)電感每相采用6只1200uH/30A電感并聯(lián)，等效200uH/180A使用，電感的并聯(lián)同時也存在不均流問題，設(shè)計時要留有余量。

圖3、IGBT前主器件實(shí)物圖

8、IGBT選用英飛凌F3L300R07 650V I型三電平模塊(左邊)，由圖5可見，擺放很緊湊。也可采用F3L300R12PT4 T型三電平模塊(右邊)，驅(qū)動設(shè)計會簡單一些，同時市面市面上有成熟驅(qū)動產(chǎn)品，方便選型。

圖4、三電平IGBT模塊原理圖

圖5、3相IGBT位置布置圖

9、直流電容采用50個450V/680uF電解電容串并聯(lián)而成，等效容量為8500uF/900V，模塊中由于尺寸限制，使用了2塊直流電容板，通過銅螺柱進(jìn)行短接。

圖6、直流電容板1

圖7、直流電容板3

10、控制板采用雙核控制芯片，SVG由于牽扯到所需無功功率的計算，若單純是無功功率補(bǔ)償，TMS320F28335DSP可以滿足要求，但是該SVG方案由有源電力濾波器(APF)演變而來，估計控制方案也是延續(xù)之前的設(shè)計。

圖8、主控板

圖9、感性無功100kVar額定輸出下的三相電流波形

總體來說，該100kVar SVG模塊已經(jīng)批量出貨，得到了市場的認(rèn)可和運(yùn)行環(huán)境的檢驗(yàn)，采用分層的布局結(jié)構(gòu)，主電路器件放在風(fēng)道中，與控制電路分開布置，對防塵非常有好處，但也造成了生產(chǎn)工序的不方便，人工工時較高。