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芯驰机车逆变电源产品资料

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SINCHIP
SRI110 系列 机车空调专用逆变电源
产品手册

济南芯驰能源科技有限公司
J I N AN S R I N C H I P E N E R G Y S C I & T EC H C O . , L TD .

SINCHIP

济南芯驰能源科技有限公司

目 录

目 录
1、 公司简介 .............................................................................................................................. 3? 2、 产品概述 .............................................................................................................................. 4?
2.1 产品简介................................................................................................................................ 4? 2.2 产品特点................................................................................................................................ 4? 2.3 产品型号及规格 ..................................................................................................................... 5? 2.4 家用空调的容量配置参考 ...................................................................................................... 5?

3、 技术简介 .............................................................................................................................. 6?
3.1 方案选择................................................................................................................................ 6? 3.2 工作原理................................................................................................................................ 8? 3.3 性能指标.............................................................................................................................. 12? 3.4 产品外观.............................................................................................................................. 13? 3.5 技术优势.............................................................................................................................. 14?

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1、 公司简介

1、 公司简介

济南芯驰电子有限公司,地处山东省济南市高新技术产业开发区,是一家专业研制、生产 及销售电力电子产品的股份制企业, 公司致力于节能新技术和能源治理技术的开发与应用, 经 过我们的努力,业已发展成为 60HZ 机车空调专用逆变电源、航空/军事专用中频静变电源、 直流电源、交流稳压稳频电源、25HZ~1KHZ 不间断电源(UPS)、应急电源(EPS)、逆变 电源 、能馈式电子负载、无功补偿电源及开关电源(SMPS)等产品范围广泛的综合性电源 厂商。 公司拥有一批专业从事电力电子产品的高素质科技人员及领导管理人才和强大的研发投 入使得新产品不断推出, 以满足用户的不同需求, 做国际领导品牌是芯驰人坚持不懈的奋斗目 标。 我们的产品已广泛服务于信息、家电、航空、航天、铁路、电力、电信、石油、化工、煤 炭、金融、证券、广电、质检、公安、部队、船舶、医疗卫生、政府机关、教育、出口型企业 等系统和行业,并拥有良好的声誉。 “客户满意,我们的责任!”为我们企业的经营理念,以真诚赢得信任,靠服务取得市场, 为用户提供可信赖的产品和服务。 我们在各大城市的办事处组成的全国营销服务网络, 对产品 质量进行全程跟踪,为用户提供详尽的售前技术支持和完善的售后服务。 我们深信一份耕耘, 一份收获, 今日我们的努力已略有成果, 但更远大的目标还有待努力。 未来的芯驰人将秉持既有的经营理念,不断创新,走出国门,为中国经济、科技的发展奉献心 力,真诚服务全球,为成为世界顶尖的电力电子设备制造商而努力奋斗!

客户满意,我们的责任!
The customer is satisfied, Our responSRIbility!

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2、 产品概述

2、 产品概述
2.1 产品简介
长期以来,内燃机车司机室没有空调系统,司机工作条件恶劣。随着铁路运输日益向高 速化、高密度化方向发展,改善机车司机的工作环境以确保行车安全显得越来越重要。 机车空调电源的主要功能为:将来自辅助发电机的不稳定的直流电压(110VDC)变成 稳定的、频率和电压可调的交流电,供给机车空调。 从 1998 年起, 空调系统在机车上全面推广应用, 每年铁道部在新造机车上投入将* 1 亿 人民币来加装该系统。空调机加逆变电源的方案虽说比其他方案有许多优越性,但自 98 年 以来, 机车空调系统的故障率一直居高不下。 问题主要集中在逆变电源上 (占全部故障的 95% 以上)。机车内部高温、高振动的工作环境,加之空调电源的供电电源质量差,电磁环境恶 劣,使得逆变电源的设计有其特殊特点,设计时必须把可靠性放在第一位。 SRI110 系列机车空调专用正弦波逆变电源是专为内燃机车用空调的供电而设计, 将机车 上的 110V 直流电转换为机车空调需要的 220V 交流电,该电源采用先进的正弦波脉宽调制 (SPWM)技术,主电路采用模块化设计,功率器件采用德国英飞凌 IGBT,芯驰独有的驱 动保护电路、先进的 DDS 式基准正弦波生成和先进成熟的控制,使得电路结构紧凑、高效 率、防震动、纯正弦波输出,输出稳压稳频、功率大等优点。此外该电源带隔离变压器输出, 对人体安全可靠。

2.2 产品特点
■ 专为内燃机车用空调的供电而设计。 ■ 符合铁路系统及各行业交、直流供电体制标准。 ■ 输入电压范围宽,稳压精度高,环境适应能力强。 ■ 采用 DDS 波形生成、波形瞬时值双环控制等新技术,输出精度高,波形品质好。 ■ 完善的自我保护功能和负载保护功能,可确保设备和操作人员的安全。 ■ 完全隔离型逆变技术,输出电压稳定,波形失真小,纯净的正弦交流电压; ■ 逆变单元采用微处理器控制,SPWM 正弦脉宽调制技术,波形纯净; ■ 独有的双闭环控制技术确保逆变器可靠运行; ■ 过负载能力强,能承受各种负载的冲击; ■ 具有输入电池欠压,输出过、欠压,过温、短路等保护功能;
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2.3 产品型号及规格
型号命名方法 机车空调专用逆变电源的型号由企业标志、种类号、特征号等组成,其形式如下:

S

RI 110

- 3KVA
输出额定容量 3000VA

SRINCHIP

RAILWAY INVERTER: 机车空调专用逆变电源

1. 企业标志 由一位字母组成。S 为 SRINCHIP,表示济南芯驰电子有限公司。 2. 种类号 由二位英文字母组成。 RI110 为 110V DC INPUT RAILWAY INVERTER ,表示机车空调专用逆变电源 。 3. 输出容量代号 由一至三位阿拉伯数字组成。

2.4 家用空调的容量配置参考
电源规格 空调规格 2K 1P 3K 1.5P 或 2P 5K 2台1.5P 或1台3P 7K 2台2P 或1台3P 8K 三相5P 或2台3P

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3、 技术简介

3、 技术简介
3.1 方案选择
机车空调专用逆变电源一般都采用 SPWM 开关型。 SPWM 型分为高频机和工频机。 芯驰电子的 SRI110 系列机车空调专用逆变电源主要针对铁路机车空调使用 环境设计,我们选用工频方式的电路结构,主要是它具有以下优越性。 一、工频机车空调专用逆变电源工作原理存在的优越性 1、工频机车空调专用逆变电源,用数字信号处理技术确保测量数据快速、灵活, 从而产生快速的控制变量,确保对整流及逆变的实时控制。 2、工频机比高频具有更强大的短路保护能力及更强大的过载能力。 3、由于中国市电环境的极不稳定和易受到一些外部情况的干扰,所以对短路能 力及过载能力的要求也更高。采用工频机车空调专用逆变电源,将极大地提高负 载设备的安全性与稳定性。 二、工频机车空调专用逆变电源硬件配置存在的优越性 1、从技术上,工频机车空调专用逆变电源比高频机车空调专用逆变电源多增加 了输出变压器。 (1)工频机车空调专用逆变电源独有标配的输出变压器,使电流隔离免受输入 干扰。 (2)高频机为了降低产品成本则不含这些组件,相应的电流稳定性就不如工频 机车空调专用逆变电源。 2、工频机设备零部件设计的优越性 (1)工频机车空调专用逆变电源的零部件可根据客户的规格和需要设计,每个 零部件都能承受较高的额定功率且具有较长的寿命,旨在确保用户设备操作过程 的安全与持久。 (2)高频机在设计上旨在降低成本,所以其零部件仅符合最低的额定功率要求。 3、对工业的苛刻环境有极强的适应性 工频机主要设计在苛刻的工业环境下使用,而高频机车空调专用逆变电源不 具备这种适应能力。 (1)工频机车空调专用逆变电源设计的定位就是在工业环境中工作,如石化、 电力、交通运输行业等等。应用于各种苛刻的工业室外环境,防止外部输入干扰, 如高温、高湿、粉尘、震动、腐蚀、爆炸危险型气体及一些无法预测的环境。 (2)工频机车空调专用逆变电源可适应环境 0~55℃,相对湿度 0%~95%,防 尘、防雨水。诸如中国海洋石油公司,中国石化公司这样规模的大公司选择使用 的工频机车空调专用逆变电源产品,就是因为它具备高可靠的苛刻工业室外环境 适应能力。

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3、 技术简介

(3)高频机车空调专用逆变电源不是专为工业环境设计,所以只能安装在清洁 的、*踩摹⒖稍げ獾幕肪持小H绨沧坝诳盏鞣俊⒌臀隆⑽蕹镜然肪场 4、工频机车空调专用逆变电源设备寿命的优越性 工频机车空调专用逆变电源设计寿命超过 10 年,而高频机车空调专用逆变 电源设计寿命为 3-5 年。 (1)根据工频机车空调专用逆变电源销售经验,许多设备都能正常工作 10 至 20 年 (2)工频机车空调专用逆变电源的设计方向就是延长系统持续工作的寿命,以 符合需要长寿命保障的一些应用领域,如石化厂或电站。所以,即便是工频机早 期的投入较高频机大,但在 10 年以上的时间内其产品都无需要更换设备,而且 备品备件在停产后的后备储存期也相对的比高频机长很多。 (3)高频机车空调专用逆变电源设计寿命仅为 3-5 年,5 年后设备就需要更换。 而且备品备件的储备也极其有限。 5、方便的前端维护 工频机车空调专用逆变电源系统自行维护时间很长,而高频机车空调专用逆 变电源系统自行维护时间较短。工频机车空调专用逆变电源设计有方便的前端维 护,并可在系统停产后长时间的提供备品备件,方便维护,且工频机车空调专用 逆变电源使用和维护服务期都超过 20 年。 (2)高频机车空调专用逆变电源的购买、使用及更换时间相对较短。 三、工频机车空调专用逆变电源输出的电源质量存在的优越性 1、工频机车空调专用逆变电源独有的输入输出变压器。使电流隔离免受输入干 扰的同时,也将提高最终电源输出的质量。在像铁路机车领域一类的恶劣工业环 境中,输出电源质量的优劣,将直接影响整个工厂设备、人员的安全性及生产能 力。 2、商务型的机车空调专用逆变电源并不具备上述组件,所以也不具备如此强大 的功能。 四、工频机车空调专用逆变电源过载能力存在的优越性 1、强大的过载能力 工频机车空调专用逆变电源设计有强大的过载能力。当设备过载时,由于其 具有的过载能力强,这将大大增加系统的安全性。因为当负载在阶越型投切或超 载运行时,电路中输出隔离变压器可以缓冲功率器件承受的电压电流应力,这将 增加器件和系统的安全型。 高频机车空调专用逆变电源的过载能力相对工频机车空调专用逆变电源较 低,当发生意外过载时,这将会把系统置于一个极不稳定的状态,增加了因瞬时 过载而跳闸甚至损坏的可能性,影响了系统的安全性。

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3、 技术简介

3.2 工作原理
功能框图如图所示:

启动时, 采用数字定时电容预充电, 实现“软”启动, 减小对直流输入的冲击。 机车空调专用逆变电源启动时,滤波电容器两端电压为零,充电电流很大。这样 大的充电电流很容易损坏滤波电容器及整流模块,并对电网产生很大的冲击。为 此特设置整流软启动电路,以限制过大的充电电流。随着滤波电容器两端电压升 高,充电电流逐渐减小,限浪涌电阻就不宜长期存在,因为一方面消耗大量电能,另 一方面还会造成机车空调专用逆变电源工作时的输入端直流电压下降.故待延迟 一段时间后,继电器的常开接点闭合,限浪涌电阻被短路。为提高电磁兼容性能, 在电源的输入均接有输入滤波器。 直-交逆变部分采用倍频式 SPWM 全桥逆变结构。 逆变器选用 IGBT 作为开 关元件。 利用 IGBT 开*德式细叩挠诺悖 采用双极性正弦脉宽调制方式(SPWM) 对逆变器进行控制,将*稳直流变换为脉宽调制输出的交流,该交流基波频率为 所需要的电源输出频率。逆变器输出的脉宽调制波经 LC 滤波电路滤波后,输出 正弦波交流电。 倍频式 SPWM 逆变主电路如下图所示,4 只大功率开*骷那藕欧 别为上图所示的 PWM1,PWM2,PWM3,PWM4,它们按照图示的规律工作, 在逆变变压器输入端 AB 就可得到 PWMO 所示的等高不等宽的 2 倍频脉冲系列.

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3、 技术简介

图 逆变主电路

图 SPWM 波生成电路仿真 左桥臂上 Q1,Q2 管的控制波形和右桥臂上的 Q3,Q4 管的控制波形皆由 正弦波 Vs 与正负三角波 Vp1、Vp2 相交而得的 SPWM。 在正弦波正半周内,当 t1≤t<t2,Q2,Q3 导通,Q1,Q4 关断,UAB=+Us; 当 t2≤t<t3 时,Q1,Q3 导通,Q2,Q4 关断,负载通过 Q1,VD3 续流,UAB =0;当 t3≤t<t4 时,Q2,Q3 导通,Q1,Q4 关断,UAB=+Us;当 t4≤t<t5 时, Q2,Q4 导通,Q1,Q3 关断,负载通过 Q2,VD4 续流,UAB=0,以后的 VT1~ VT4 的通断规律与上述过程相似.在正弦波的负半周期,可同样类推,得到如图 2 所示的输出电压 PWMO(UAB)这样的矩形波电压.又由图 6 可知,在输出端 得到的等高不等宽的脉冲序列的基波分量就是正弦波,而且在一个开关周期内 Q1~Q4 仅通断一次,而输出电压为两个脉冲,这说明输出电压脉冲频率为开关 管的工作频率的 2 倍(19.2KHZ).即所谓的倍频逆变电路。由以上分析可知,Uab (PWMO)有+Us,0,-Us 三种电*,所以我们称之为三电*逆变电路。

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控制电路

3、 技术简介

控制电路完成该相的频率、电压、波形和相位控制、功率 IGBT 逆变电路控 制。 电压控制采用闭环调节, 检测电路送来的交流输出电压信号, 经过幅值调整、 有效值变换、有源滤波电路后,变为可调的反馈直流量。给定与反馈信号比较, 其偏差送至比例调节器,经调节器放大后送到正弦波电路标调整幅值给定,使输 出电压的*均值维持恒定,实现输出稳定。 频率控制通过标准正弦波给定进行控制。标准正弦波采用强有力的直接数字 合成(DDS)式正弦波形产生方式,正弦波输出纯净稳定。本设备采用晶振分频 得到该信号,使输出频率精度及稳定性均得到良好保证。 波形控制针对单相电压输出,采用带电流内环的双环控制方案,反应速度快 稳。在由两个控制环构成的电压波形系统中,电流环是内环,该环的受控对象是 滤波电容的电流 Ic;电压波形控制环位于电流环之外,该环对输出电压的瞬时值 进行控制,使输出电压、滤波电容电流由检测电路检出整形后,直接送入波形环, 与标准正弦波比较,经双环调节后产生 SPWM 控制脉冲,调整输出。对 100% 的加载/去载,输出负载可在 10ms 内稳定在±1%的范围内。 功率 IGBT 逆变电路的驱功与保护电路 针对单相逆变桥设计,驱动保护电

路制成一块线路板,与单相逆变桥及散热器一起配装成单相逆变模块。该模块内 部具有快速光耦隔离,适合高频开关运行,并且内部具有过流保护功能,性能稳定 可靠。驱动电路前级为 SPWM 信号处理电路,它将控制电路送来的单路 SPWM 信号经电压比较器整形反相后,变为两路互差 180°的信号,作为上下桥臂功率 IGBT 元件的控制信号。 该信号经过死区电路, 保证上下桥臂导通具有不小于 3?s 的死区,然后才被送至驱动电路。本电源 IGBT 过流保护采用单管在线保护和桥 臂集中保护相结合的双重过流保护方案。单管在线保护由驱动芯片内部保护电路 完成,集中保护电路采用响应速度极快的电流传感器检测直流母线电流。当该电 路超过设定阀值时,保护电路动作,封锁逆桥所有功率 IGBT 的驱动信号。选用 IGBT 的电流峰值比大于 3, 瞬间电流可承受 3 倍的额定电流, 且不会造成电压下 降, 各种负载均可使用并允许 100%满载长延时使用。 IGBT 管过压保护采用直流 母线并联无感电容以吸收开关过程电压尖峰,对于过流保护过程中关断大电流产 生的电压尖峰,采用缩短直流配线减小分布电感适当降低保护阀值,加大吸收容 量等方法加以解决。 此外, 驱动板上还设有功率器件过热直流母线欠压两种保护。

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3、 技术简介

集中监控是由输出过流保护电路,输出过压保护,短路保护,过热保护及辅助电 源等部分组成,完成电源系统的故障诊断及保护和操作及状态等功能。 试验波形如下:

三角波试验波形

基准正弦波试验波形

PWMO 试验波形

逆变器输出试验波形

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3、 技术简介

3.3 性能指标
规格型号 额定容量(KVA) 输入额定电压(VDC) 直流 输入额定电流(A) 输入 输入直流电压允许范围(VDC) 输出额定容量(KVA) 输出额定功率(KW) 输出额定电压及频率 输出额定电流(A) 输出电压精度(V) 交流 输出 输出频率精度(HZ) 波形失真率 动态响应(负载 0←→100%) 功率因数(PF) 过载能力 峰值系数(CF) 逆变效率(80%阻性负载) 绝缘强度 VAC(输入和输出) 噪音(1 米) 工作 环境 使用环境温度(℃) 储存环境温度(℃) 湿度 使用海拔(m) 卧式结构 W×H×D(mm) >80% >85% 1500 ≤50dB -10~+50 -20~+70 0~90%,不结露 ≤2000 3.6 1.0 0.8 2.0 1.6 1KVA SRI110- xx KVA 2KVA 110 32 75 ~ 145 3.0 2.4 5.0 4.0 3KVA 5KVA

220VAC,50HZ 7.3 220V±1% 50±0.05 ≤3% 5% 0.8 120% 30 分钟, 150% 10 秒钟, 200% 3 秒钟 3:1 >85% >90% 11 18.2

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3、 技术简介

3.4 产品外观
SRI110-(1-3KVA) 机架式 SRI110-3KVA

SRI110-5KVA

SRI110-3KVA 或 5KVA 出口型

SRI110-5KVA

SRI110-(1-3KVA)

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3、 技术简介

3.5 技术优势
1、 可靠性高 主电路采用工频 SPWM 逆变电路,可靠耐用。主要部件选用进口元器件,原 装西门子 IGBT 逆变模块,驱动保护为原装日本三菱机芯,先进的数字化设计, 完善的驱动保护电路保证 IGBT 可靠工作。而其他厂家大多用国产元器件。 2、输出波形好,稳定性能好: 强有力的直接数字合成(DDS)式正弦波形产生,正弦波输出纯净。频率稳 定度≤0.01%,负载稳定度≤1%, ,输出频率是有石英振荡器震荡产生,故有非常 稳定、精确的频率。而其他厂家达不到这种精度,在技术上使用模拟技术产生, 波形失真度高,显示值为设定值。 3、SPWM控制采用双环控制方案,反应速度快稳。 波形控制针对单相电压输出,采用带电流内环的双环控制方案。在由两个控 制环构成的电压波形系统中, 电流环是内环, 该环的受控对象是逆变输出的电流; 电压波形控制环位于电流环之外,该环对输出电压的瞬时值进行控制,使输出电 压、输出电流由检测电路检出整形后,直接送入波形环,与标准正弦波比较,经 双环调节后产生 SPWM 控制脉冲,调整输出。对 100%的加载/去载,输出负载可在 2ms 内稳定在±1%的范围内。而其他国内、台湾厂家为数字控制采样需经 A/D 转 换、计算、D/A 转换,控制过程长,反应速度慢,有时产生高压烧坏负载。 4、高的峰值电流能力,IGBT 驱动专有技术和强大的保护功能,可靠性高。 因为对于大功率机车空调专用逆变电源的负载性质较复杂,考虑电机(感性 负载)、整流器(容性负载)等设备的起动峰值电流问题,所以在机车空调专用 逆变电源的额定电流一定的情况下,机车空调专用逆变电源设备必须要有较高的 过载能力及峰值电流能力。   机车空调专用逆变电源的过载能力主要取决于IGBT功率器件的功率容量、性 能和电路设计,一般机车空调专用逆变电源设计的过载能力为额定电流的1.2~ 1.5倍;峰值电流为额定电流的1.5~2倍。而我司SDC110系列机车空调专用逆变 电源的过载能力为额定电流的2倍;峰值电流为额定电流的4倍,在相同额定功率 容量的情况, 更能适应复杂负*鸲缌鞯某寤鳌 出厂前都做短路实验,允许100% 满载长延时使用,电流峰值比大于4,瞬间电流可承受4倍的额定电流,且不会造 成电压下降,各种负载均可使用。 同时SRI110系列机车空调专用逆变电源具有输出过压、直流纹波过大保护, 三重过流保护、过高温、IGBT驱动专有技术,输出短路保护确保不因负载短路而 损坏。 5、关键器件均采用进口元器件且都是在行业内的领导品牌,保证电源品质。

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