GB/T 12669-2012 半导体变流串级调速装置总技术条件

　　ICS 29. 160. 30 K 62

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 12669—2012代替 GB/T 12669—1990

　　半导体变流串级调速装置总技术条件

　　Generalspecification forcascadespeed controlassembly

　　with semiconductorconverter

　　2012-06-29发布 2012-11-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 12669—2012

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 技术要求 3

　　4. 1 主要技术参数 3

　　4. 2 环境条件 3

　　4. 3 基本要求 6

　　5 试验 10

　　5. 1 试验分类 10

　　5. 2 试验项 目 10

　　5. 3 试验方法 12

　　6 标志 、包装 、运输 、贮存 17

　　6. 1 标志 17

　　6. 2 包装与运输 17

　　6. 3 贮存 18

　　GB/T 12669—2012

　　前 言

　　本标准依据 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准代替 GB/T 12669—1990《半导体变流串级调速装置总技术条件》。

　　本标准与 GB/T 12669—1990相比主要技术变化如下 :

　　— 在范围一章中增加了 “内馈混极式无刷交流电机 、混极式无刷双馈交流电机 ”(见第 1 章) ;

　　— 增加了 “斩波器 ”、“逆变颠覆 ”术语定义(见 3. 6及 3. 14) ;

　　— 增加 “适配电动机额定功率 、额定电压 ”的内容(见 4. 1. 1~4. 1. 2) ;

　　— 增加 “斩波器单元的技术特征 ”的内容(见 4. 3. 7) ;

　　— 增加了 “超温保护 、缺相保护 、逆变颠覆保护 ”的内容(见 4. 3. 9) ;

　　— 将“干扰与抗干扰试验 ”改为“EMC试验 ”(见 4. 3. 13,1990版 4. 3. 16) ;

　　— 增加了 “装置应具备的输入输出信号 ”和 “装置结构与外形尺寸 ”内容(见 4. 3. 16~4. 3. 17) ;

　　— 增加了“超温保护试验”、“缺相保护试验”、“逆变颠覆保护试验”内容(见 5. 3. 10. 5~5. 3. 10. 7) ;

　　— 增加了“EMC试验 ”内容(见 5. 3. 12) ;

　　— 将 “高 、低温循环试验 ”、“高温存放试验 ”、“振动试验 ”、“跌落冲击试验 ”纳入 “环境试验 ”项目下(见 5. 3. 15) 。

　　本标准由中国电器工业协会提出 。

　　本标准由全国电力电子学标准化技术委员会(SAC/TC60)归 口 。

　　本标准主要起草单位 :广东华拿东方能源有限公司 、天津电气传动设计研究所 。

　　本标准主要起草人 :张淼 、董桂敏 、苏勇华 、刘娟 。

　　本标准所代替标准的历次版本发布情况为 :

　　—GB/T 12669—1990。

　　Ⅰ

　　GB/T 12669—2012

　　半导体变流串级调速装置总技术条件

　　1 范围

　　本标准规定了半导体变流串级调速装置的术语和定义 、技术要求 、试验 、标志 、包装 、运输和贮存 。

　　本标准适用于利用半导体电力变流器调节交流绕线转子感应电动机 、内馈混极式无刷交流电机和混极式无刷双馈交流电机速度的串级调速装置(以下简称装置) 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 2900. 1—2008 电工术语 基本术语

　　GB/T 2900. 33—2004 电工术语 电力电子技术

　　GB/T 3047. 1 高度进制为 20 mm 的面板 、架和柜的基本尺寸系列

　　GB/T 3797—2005 电气控制设备

　　GB/T 3859. 1—1993 半导体变流器 基本要求的规定

　　GB 4208—2008 外壳防护等级(IP代码)

　　GB/T 4588. 1 无金属化孔单双面印制板分规范

　　GB/T 4588. 2 有金属化孔单双面印制板分规范

　　GB/T

　　17626. 2—2006

　　电磁兼容

　　试验和测量技术

　　静电放电抗扰度试验

　　GB/T

　　17626. 3—2006

　　电磁兼容

　　试验和测量技术

　　射频电磁场辐射抗扰度试验

　　GB/T

　　17626. 4—2008

　　电磁兼容

　　试验和测量技术

　　电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

　　GB/T

　　17626. 5—2008

　　电磁兼容

　　试验和测量技术

　　浪涌(冲击)抗扰度试验

　　JB/T 9664—1999 电控设备用无焊绕接连接一般要求及试验方法

　　3 术语和定义

　　GB/T 2900. 1—2008、GB/T 2900. 33—2004界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 3. 1

　　半导体变流串级调速装置 cascadespeed controlassembly with semiconductorconverter

　　在绕线转子感应电动机的转子电路中 , 以改变变流器产生的反电势的大小调节转速 ,并通过变流器将转差功率回馈到交流电网或从交流电网吸收能量的串级调速装置 。

　　3. 2

　　低同步串级调速装置 low-synchronouscascadespeed controlassembly

　　受控电动机的转子只能向交流电网输出能量 ,从而实现低于同步转速运行的串级调速装置 。 3. 3

　　超同步串级调速装置 supersynchronouscascadespeed controlassembly

　　受控电动机的转子可从交流电网吸收能量 ,也可向交流电网输出能量 , 当转子从交流电网吸收能量

　　1

　　GB/T 12669—2012

　　时 ,可实现超同步转速运行的串级调整装置 。

　　3. 4

　　转子侧变流器 rotor-sideconverter

　　连接在转子侧与中间直流环节间的变流器 。

　　3. 5

　　网侧变流器 line-sideconverter

　　连接在电网侧(或变压器侧)与中间直流环节间的变流器 。

　　3. 6

　　斩波器 chopper

　　借助于电子器件 ,利用强迫换相实现直流变换(直流到直流)的变流器 。其输出端输出的是可调的直流电压 。

　　[GB/T 12668. 1—2002,2. 2. 6] 3. 7

　　装置的功率因数 assemblepower factor

　　装置网侧有功功率与表观功率之比 。

　　3. 8

　　谐波含量 harmoniccontent

　　一个周期量中各谐波分量之和 。

　　[GB/T 2900. 33—2004,551-20-12] 3. 9

　　总谐波畸变率 totalharmonicdistortion

　　谐波含量的方均根值对交流量的基波分量分量或基准基波分量的方均根值之比 。

　　[GB/T 2900. 33—2004,551-20-13]

　　3. 10

　　电压暂降 voltagedip

　　在电气供电系统某一点上的电压突然减少到低于规定的阈值 , 随后经历一段短暂的间隔恢复到正常值 。

　　[GB/T 17626. 11—2008,3. 3]

　　3. 11

　　额定直流电压 rated d. c. voltage

　　在电机的调速范围内 ,转子侧最大转差电压的整流电压(平均值) , 即转子侧变流器直流输入端子间的直流电压 。

　　3. 12

　　额定直流电流 rated d. c. current

　　转子侧与网侧变流器间的直流环节允许长期通过的最大直流电流(平均值) 。

　　3. 13

　　效率 efficiency

　　装置的输出有功功率与输入有功功率之比 。

　　3. 14

　　逆变颠覆 invertion subversion

　　电路在逆变状态运行时 , 回路电阻很小 ,如果出现晶闸管换流失败 ,将产生很大的短路电流 , 以至可

　　2

　　GB/T 12669—2012

　　能将晶闸管和变压器烧毁的情况 。

　　注 : 此定义只对晶闸管电路适用 。

　　4 技术要求

　　4. 1 主要技术参数

　　4. 1. 1 适配电动机额定功率

　　适配电动机额定功率范围在 100 kW~ 5 000 kW 之间 。

　　4. 1. 2 适配电动机额定电压

　　适配电动机额定电压可为 380V~ 10 kV。

　　4. 1. 3 额定直流电压

　　直流电压额定值可在下列数值中选取 :

　　90, (100) , (110) ,125,160,200, (220) ,250,315,355,400,450,500,630,800,1 000,1 250, (1400) , 1 600V。

　　注 : 括号内的数值为非推荐值 。

　　4. 1. 4 额定直流电流

　　直流电流额定值可在下列数值中选取 :

　　(30) , (40) , 50, (63) , 80, 100, (125) , (160) , 200, (250) , 315, 400, 500, 630, 800, (900) , 1 000, 1 250,1 600, (1800) ,2 000 A。

　　注 : 括号内的数值为非推荐值 。

　　4. 2 环境条件

　　4. 2. 1 工作环境温度

　　装置应在下述环境温度条件下工作 :

　　a) 冷却媒质温度

　　冷却媒质为空气时 :0 ℃ ~40 ℃ ;

　　冷却媒质为水时 :5 ℃ ~ 35 ℃ ;

　　冷却媒质为油时 : -5 ℃ ~ 30 ℃ 。

　　b) 环境温度

　　装置的工作环境温度为 5 ℃ ~40 ℃ ,温度变化率应不大于 5 ℃/h。

　　4. 2. 2 相对湿度

　　空气的最大相对湿度不超过 90%(空气温度 20 ℃时) 。相对湿度的变化每小时不超过 5% ,且不得出现凝露 。

　　4. 2. 3 环境空气

　　运行地点应无导电或爆炸尘埃 ,无腐蚀金属或破坏绝缘的气体或蒸汽 。

　　3

　　GB/T 12669—2012

　　4. 2. 4 振动

　　装置安装地点允许的振动条件 :振动频率严酷等级为 10 Hz~150 Hz时 ,振动加速度不大于 5 m/s2 。当装置受安装地点振动而产生共振时 ,应采取避开响应频率的措施 。

　　4. 2. 5 海拔

　　安装使用地点的海拔不超过 1 000 m。

　　注 : 对于在海拔高于 1000 m 处使用的装置 ,有必要考虑介电强度的降低和空气冷却效果的减弱 。在这些条件下使用的控制装置 ,按照制造厂与用户之间的协议进行设计和使用 。

　　4. 2. 6 安装倾斜度

　　对于垂直安装的装置 ,安装倾斜度不得超过 5°。

　　4. 2. 7 供电电源

　　对供电电源的要求如下 :

　　a) 电压波动不超过 ±10% ,短暂波动不超过 -15% ~ 10% 。

　　b) 频率波动不超过 ±2% ,频率的变化速度不超过 ±1%/s。

　　注 : 频率的负波动和电压的正波动不能同时发生 。

　　c) 三相电源的负序分量不超过正序分量的 5% 。

　　d) 电压的稳态相对谐波含量的方均根值不超过 10% 。其中 ,任何奇次谐波不超过 5% ,任何偶次谐波不超过 2% ,短时(持续时间短于 30 s)出现的任意一次谐波含量不超过 10% 。

　　e) 图 1所示交流电压的缺口深度 不 应 超 过 工 作 电 压 峰 值 ULWM 的 40% , 缺 口 宽 度 不 应 超 过 30° (电角度) ,缺口面积不应超过最大允许缺口宽度与最大允许缺口深度乘积的十分之一 。

　　f) 非重复和重复瞬态电压与工作电压峰值之比应符合式(1)和式(2) :

　　≤ 2. 5 ………………………………( 1 )

　　ULRM

　　≤ 1 3 ( 2 )

　　ULWM .

　　式中 :

　　ULWM — 工作电压峰值 ,单位为伏(V) ;

　　ULSM — 非重复瞬态电压峰值 ,单位为伏(V) ;

　　ULRM — 重复瞬态电压峰值 ,单位为伏(V) 。

　　非重复峰值电压脉冲(见图 2)前沿时间 tr 为 1 μs,宽度 tW (幅度的一半处)为 3 μs~ 300 μs之间 。对装有独立变压器的装置 ,瞬态电压的能量应符合式(3) :

　　WS ≤ 400StN ………………………………( 3 )

　　式中 :

　　WS — 瞬态电压的能量 ,单位为焦耳(J) ;

　　StN — 变压器的额定容量 ,单位为兆伏安(MVA) 。

　　对无独立变压器而连接到公共母线上的装置 ,其过电压抑制装置应与前一级公共变压器匹配 。

　　4

　　GB/T 12669—2012

　　图 1 交流电网电压波形

　　图 2 非重复峰值电压脉冲波形

　　4. 2. 8 异常工作条件

　　对下列环境之一的情况 ,作为异常工作条件下的技术要求(在用户和制造厂的协议中规定) :

　　a) 异常的机械应力(如振动和冲击) ;

　　b) 环境空气中含有过量的粉尘 ;

　　c) 暴露在盐雾 、滴水或腐蚀性的气体中 ;

　　d) 暴露在水蒸气或油雾中 ;

　　e) 暴露在爆炸性的尘埃或气体中 ;

　　f) 暴露在放射性的辐射中 ;

　　g) 高温或高湿的使用环境 ;

　　h) 温度波动超过 5 ℃/h,相对湿度的变化每小时超过 5% ;

　　i) 海拔高于 1 000 m ;

　　j) 4. 2未包括的其他异常工作条件 。

　　5

　　GB/T 12669—2012

　　4. 3 基本要求

　　4. 3. 1 部件和辅件的一般要求

　　4. 3. 1. 1 元器件

　　装置上的元器件 、电力变流变压器 、电抗器 、快速熔断器等 ,应符合相应标准的规定和安装规程 。

　　4. 3. 1. 2 印制电路板

　　符合 GB/T 4588. 1、GB/T 4588. 2 的规定 。

　　4. 3. 1. 3 接线辅件

　　符合 GB/T 3797—2005和各辅件本身标准的规定 。

　　4. 3. 1. 4 压接、焊接和绕接接线

　　压接 、焊接接线的装配尺寸应符合有关标准的规定 。用于控制电路中的绕接接线应符合相应标准的规定 。无焊接连接符合 JB/T 9664—1999的规定 。

　　4. 3. 1. 5 装焊后的印制电路板、插件

　　装焊后的印制电路板 、插件应能承受规定条件的振动与高 、低温循环试验 。其电气性能应符合要求 ,元器件不得有虚焊 、脱焊或脱落 ,紧固件不得有松动等缺陷 。

　　4. 3. 1. 6 装置中控制电路的导线截面

　　装置中控制电路的导线截面应按规定的载流量选择 。考虑到机械强度的需要 ,一般应采用截面不小于 0. 75 mm2 的单芯铜绝缘线或不小于 0. 5 mm2 的多芯铜绝缘绞和线 。对于电流较小的电路[如电子逻辑电路或类似的低电平(信号)电路] ,导线的最小截面不小于 0. 2 mm2 。

　　导线的额定绝缘电压应与电路的额定工作电压适应 。

　　4. 3. 2 绝缘电阻与介电强度

　　在环境温度为 20 ℃和相对湿度为 90%时 ,主电路带电部分与地(外壳) 之间的绝缘电阻应不小于1 MΩ。绝缘电阻值仅供介电强度试验的辅助性判别 。

　　各带电电路对地(外壳)和彼此无电连接的电路之间的介电强度试验电压见表 1。

　　表 1 介电强度试验电压

　　额定绝缘电压 Ui/V

　　试验电压/V

　　Ui≤60

　　500

　　60

　　1 000

　　125

　　1 500

　　250

　　2 000

　　Ui>500

　　2Ui+1 000

　　4. 3. 3 温升

　　装置内部各部位的温升应符合表 2 的规定 。

　　6

　　GB/T 12669—2012

　　表 2 温升

　　部件与器件

　　材料与被覆

　　温升/K

　　电力半导体器件及元器件

　　—

　　不超过相应标准的规定

　　连接于一般低压电器的母线连接处的母线

　　紫铜 、无被覆层

　　紫铜 、搪锡

　　紫铜 、镀银

　　铝 、超声波搪锡

　　60

　　65

　　70

　　55

　　连接于电力半导体器件的母线连接处的母线

　　紫铜 、无被覆层

　　紫铜 、搪锡

　　紫铜 、镀银

　　铝 、超声波搪锡

　　45

　　55

　　70

　　35

　　与半导体器件相接的塑料绝缘导线 、橡皮绝缘导线

　　—

　　45

　　变流变压器的温升应符合 GB/T 3859. 1—1993的规定 。

　　4. 3. 4 主电路的相序排列

　　主电路的相序排列按表 3规定 。

　　表 3 主电路的相序排列

　　类别

　　垂直排列

　　水平排列

　　前后排列

　　A相

　　上方

　　左方

　　远方

　　B相

　　中方

　　中方

　　中方

　　C相

　　下方

　　右方

　　近方

　　正极

　　上方

　　左方

　　远方

　　负极

　　下方

　　右方

　　近方

　　(中性线)

　　最下方

　　最右方

　　最近方

　　注 1: 表中所列以控制柜(箱)的正视方向为基准 。

　　注 2: 对无法区分相序和极性的电路 ,可不作规定 。

　　4. 3. 5 电气间隙与爬电距离

　　装置中各带电电路之间以及带电零部件与导电零部件或接地零部件之间的电气间隙和爬电距离应符合表 4 的规定 。

　　作为装置组成部件的电气元件和单元 ,其电气间隙和爬电距离应符合相应标准的规定 。

　　表 4 电气间隙与爬电距离

　　额定绝缘电压 Ui/V

　　额定电流 ≤63A

　　额定电流 >63A

　　交流

　　直流

　　电气间隙/

　　mm

　　爬电距离/

　　mm

　　电气间隙/

　　mm

　　爬电距离/

　　mm

　　Ui≤60

　　Ui≤75

　　2

　　3

　　3

　　4

　　60

　　75

　　3

　　4

　　5

　　8

　　250

　　300

　　4

　　6

　　6

　　10

　　7

　　GB/T 12669—2012

　　表 4 (续)

　　额定绝缘电压 Ui/V

　　额定电流 ≤63A

　　额定电流 >63A

　　交流

　　直流

　　电气间隙/

　　mm

　　爬电距离/

　　mm

　　电气间隙/

　　mm

　　爬电距离/

　　mm

　　380

　　450

　　6

　　10

　　8

　　12

　　500

　　600

　　6

　　12

　　8

　　14

　　660

　　700

　　10

　　14

　　10

　　20

　　750

　　800

　　14

　　20

　　14

　　28

　　注 : 表中所列为交流方均根值或直流值 。

　　4. 3. 6 触发单元

　　触发单元的下列指标应符合相应的具体产品标准规定 :

　　— 触发脉冲的输出电压或电流的幅值与宽度 ;

　　— 触发脉冲的前沿陡度 ;

　　— 各相脉冲的不对称度 ;

　　— 脉冲移相范围 ;

　　— “输入-输出 ”特性 。

　　4. 3. 7 斩波器单元

　　斩波器单元的驱动信号的下列指标应符合相应的具体产品标准规定 :

　　— 输出电压幅值 ;

　　— 输出电压宽度 ;

　　— 前沿陡度 ;