搜索结果: GB/T 12668.8-2017, GB/T12668.8-2017, GBT 12668.8-2017, GBT12668.8-2017
| 标准编号 | GB/T 12668.8-2017 (GB/T12668.8-2017) | | 中文名称 | 调速电气传动系统 第8部分：电源接口的电压规范 | | 英文名称 | Adjustable speed electrical power drive systems -- Part 8: Specification of voltage on the power interface | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | K62 | | 国际标准分类 | 29.160.30; 29.200 | | 字数估计 | 50,511 | | 发布日期 | 2017-12-29 | | 实施日期 | 2018-07-01 | | 标准依据 | 国家标准公告2017年第32号 | | 发布机构 | 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 | GB/T 12668.8-2017
Adjustable speed electrical power drive systems--Part 8: Specification of voltage on the power interface
ICS 29.160.30;29.200
K62
中华人民共和国国家标准
调速电气传动系统
第8部分:功率接口的电压规范
(IEC/T S61800-8:2010,IDT)
2017-12-29发布
2018-07-01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
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 综述、术语和定义 1
3.1 系统综述 1
3.2 术语和定义 2
4 系统方法 6
4.1 概述 6
4.2 高频接地性能和拓扑 6
4.3 双端口方法 7
4.4 差模和共模系统 7
5 电网部分 10
5.1 概述 10
5.2 TN型供电系统 10
5.3 IT型供电系统 11
5.4 电网部分的差模模型的放大倍数 11
5.5 电网部分的共模模型的相关结论 11
6 输入变流器部分 11
6.1 电压分析 11
6.2 单相二极管整流器作为网侧变流器的电压源型间接变流器 12
6.3 三相二极管整流器作为网侧变流器的电压源型间接变流器 14
6.4 带有三相有源网侧变流器的电压源型间接变流器 16
6.5 输入变流器部分的电压参考电位 18
6.6 接地 18
6.7 多脉冲应用 18
6.8 整流器部分的差模模型的放大系数 18
6.9 整流器部分的共模模型的放大系数 19
7 输出变流器部分(逆变器部分) 19
7.1 概述 19
7.2 逆变器部分的输入值 19
7.3 不同逆变器拓扑的介绍 19
7.4 不同拓扑的输出电压波形 23
7.5 输出电压的上升时间 23
7.6 du/dt的兼容值 24
7.7 重复率 26
7.8 接地 26
7.9 逆变器部分的差模模型中的放大效应 26
7.10 逆变器部分的共模模型中的增加效应 26
7.11 脉冲共模模型和差模模型的相关动态参数 27
8 滤波器部分 27
8.1 滤波器的一般用途 27
8.2 差模和共模电压系统 27
8.3 滤波器拓扑 28
8.4 滤波器的差模模型中的放大效应 30
8.5 滤波器的共模模型中的增加效应 30
9 变流器输出端子和电动机端子之间的电缆部分 31
9.1 概述 31
9.2 电缆 31
9.3 电缆部分的参数 32
10 根据各部分模型计算功率接口电压的导则 32
11 装备和示例 34
11.1 概述 34
11.2 示例 34
附录A(资料性附录) 供电系统的不同类型 37
附录B(资料性附录) 逆变器电压 41
附录C(资料性附录) 输出滤波器性能 42
参考文献 43
前言
GB/T 12668《调速电气传动系统》分为以下部分:
---第1部分:一般要求 低压直流调速电气传动系统额定值的规定;
---第2部分:一般要求 低压交流变频电气传动系统额定值的规定;
---第3部分:电磁兼容性要求及其特定的试验方法;
---第4部分:一般要求 交流电压1000V以上但不超过35kV的交流调速电气传动系统额定
值的规定;
---第5部分:安全要求;
---第6部分:确定负载工作制类型和相应电流额定值的导则;
---第7部分:电气传动系统的通用接口和使用规范;
---第8部分:功率接口的电压规范;
---第9部分:电气传动系统、电机起动器、电力电子装置以及其驱动装置的能效。
本部分为GB/T 12668的第8部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分使用翻译法等同采用IEC/T S61800-8:2010《调速电气传动系统 第8部分:功率接口的电
压规范》。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:
---GB/T 18039.4-2003 电磁兼容 环境 工厂低频传导骚扰的兼容水平(IEC 61000-2-4:
1994,IDT)
本部分做了下列编辑性修改:
---考虑到与GB/T 12668各部分的一致性,用文字符号“U”表示电压,使用文字符号“V”表示
电位。
本部分由中国电器工业协会提出。
本部分由全国电力电子系统和设备标准化技术委员会(SAC/TC60)归口。
本部分起草单位:天津电气科学研究院有限公司、深圳市宝安任达电器实业有限公司、舟山市质量
技术监督检测研究院、国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司、上海辛格林纳新时达电机有限公
司、天水电气传动研究所有限责任公司、北京ABB电气传动系统有限公司、希望森兰科技股份有限公
司、国网福建省电力有限公司电力科学研究院、西安电力电子技术研究所、中冶南方(武汉)自动化有限
公司、天津天传电控配电有限公司、中国电工技术学会电控系统与装置委员会、山东大学。
本部分主要起草人:柴青、嵇世卿、李存军、王建峰、莫青、金辛海、王有云、温湘宁、杜俊明、李传栋、
蔚红旗、张喆煜、楚子林、韩东明、罗巨龙、张承慧。
调速电气传动系统
第8部分:功率接口的电压规范
1 范围
GB/T 12668的本部分给出了确定电气传动系统(PDS)功率接口电压的方法。
注:GB/T 12668系列标准中,功率接口定义为用于在PDS的变流器和电动机之间传输电功率的电力连接。
本部分适用于确定变流器以及电动机端子的相对相电压(线电压)和相对地电压(相电压)。
在本部分的第一版中,这些指导意见仅限于三相输出的下列拓扑结构:
---电压源型的间接变流器,网侧变流器为单相二极管整流器;
---电压源型的间接变流器,网侧变流器为三相二极管整流器;
---电压源型的间接变流器,网侧变流器为三相有源整流器。
本部分所指的逆变器都是脉冲宽度调制型的,每个输出电压脉冲的宽度是根据实际需求的电压变
化的。
本部分不包括其他拓扑结构的电压规范。
安全方面的要求在GB/T 12668的第5部分中给出,不包含在本部分中。电磁兼容方面的要求在
GB/T 12668的第3部分中给出,也不包含在本部分中。
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。
IEC 61000-2-4 电磁兼容 第2-4部分:环境 工厂低频传导骚扰的兼容水平 [Electromagnetic
3 综述、术语和定义
3.1 系统综述
电气传动系统(PDS)包括一台电动机和一套成套传动模块(CDM),不包括由电动机驱动的设备。
CDM包括基本传动模块(BDM)及其外围,例如输入部分或一些辅助设备(例如通风设备)。BDM 包括
功率变换器,有控制和自我保护功能。装备和/或生产过程里PDS与其他部分之间的界限示于图1。如
果PDS使用了专用的变压器,此变压器包含在CDM中。
在本部分中,对所有符号使用以下约定:
---使用“^”符号表示峰值;
---使用“*”符号表示有双极性的量。
对于确定的驱动器拓扑,在后面定义的各部分之间电压波形的样式,形状上基本是一致的(包括峰
值),而它们的幅值取决于适合的运行电压,即每部分中的参考值。
各部分之间的参考电压使用直流平均值还是交流基波有效值,取决于考虑部分的接口与检测电压
的实际情况(差模或共模量)。
在差模模型和共模模型中,各个部分之间的实际电压值按峰值考虑:可用相关的给定值乘以一些合
适的系数得到,系数中包括过电压现象的影响。
图1 装备及部分装备的定义
3.2 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.2.1
功率接口 powerinterface
PDS内部电源配电所需的连接。
[GB/T 12668.3-2012,定义3.3.11]
3.2.2
双端口网络 two-portnetwork
双端口网络(或四端子网络,或四极网络)是一个有两对端子的电路或装置。
3.2.3
变流器中电位等于(Vd++Vd-)/2的点。变流器参考点可以用在不同的拓扑中。从NP到地的电
压通常为共模电压。
3.2.4
直流环节 DClink
间接变流器中连接输入变流器和输出变流器的直流功率电路,包含电容器和/或电抗器以降低DC
电压和/或DC电流纹波。
3.2.5
直流环节电压 DClinkvoltage
Ud;Vd+;Vd-
变流器部分的直流环节电压。Vd+指正电位,Vd-指负电位。
3.2.6
f0
滤波器谐振频率。
3.2.7
f1
逆变器输出电压的基波频率。
3.2.8
fp
相脉冲频率。
3.2.9
fS
供电电源电压系统的基波频率。
3.2.10
fsw
每个半导体有源器件的开关频率。
3.2.11
理想地 idealground
装备的基准接地点。
3.2.12
kCμ
共模模型中相关部分的放大倍数(峰值)。
3.2.13
kDv
差模模型中相关部分的放大倍数(峰值)。
3.2.14
电平数 numberoflevels
电平数N 等于输出相与NP点之间可能的电压台阶个数。
3.2.15
ndcmult
多直流环节逆变器拓扑中,每相的直流环节数量。
3.2.16
系统星点 systemstarpoint;SP
逆变器输出的参考点。系统中不同的点都可用作系统星点。用于定义三相系统与理想地之间的共
模电压。
3.2.17
上升时间 risetime
tr
电压瞬时峰值的10%~90%之间的时间,相当于t90-t10(见图2)。
图2 两电平逆变器电压脉冲波形参数。其中,上升时间tr=t90-t10
3.2.18
瞬态过电压 overshootvoltage
UB
超过阶跃电压“Ustep”稳态值的电压数值(见图2)。
3.2.19
对地电位 groundingpotential
VGi
第i部分对地的参考电位。有时使用“接地电位”或“接地”。
3.2.20
UPP
相与相之间的电压(线电压)。
3.2.21
UPNP
逆变器输出相与NP之间的电压。
3.2.22
UPSP
逆变器输出相与星点之间的电压。
3.2.23
UPG,motor
在电动机端子处,相与地之间的电压。
3.2.24
UPP,motor
在电动机端子处,相与相之间的电压。
3.2.25
U^PP
相与相之间电压(线电压)的峰值。对于两电平的情况,有U^PP=Ustep+UB。
3.2.26
U^PP*
两个双极性电压峰值之间电压的峰值。
图3 两电平逆变器供电时,电动机端子处的典型电压曲线和参数与时间的关系(线电压)
3.2.27
U^PP_fp*
包含两倍过电压尖峰的相与相之间电压的峰值。
3.2.28
US
变流器供电电源(馈电电源)相与相之间的电压。在本部分中,该电压用于将峰值电压和直流环节
电压规整为标幺值,且包含根据IEC 61000-2-4的所有容差。
3.2.29
USN
变流器供电电源(馈电电源)相与相之间的标称电压,即不考虑容差时,输入变压器的二次电压。
3.2.30
Ustep
开关转换前后,稳态电压值之间的差值(见图2)。
图4 三电平逆变器供电时,电动机端子处的典型电压曲线和参数与时间的关系(线电压)
3.2.31
Ustep_PP
相与相之间电压(线电压)UPP的电压阶跃。
3.2.32
Ustep_PNP
相与NP之间电压UPNP的电压阶跃。
3.2.33
Ustep_PSP
相与星点之间电压UPSP的电压阶跃。
3.2.34
Ustep_Gi
共模电压UGi的电压阶跃。
4 系统方法
4.1 概述
电压源型传动系统(见图5)包括下列部分:电网部分、网侧滤波器(如需要)、网侧整流器、直流电抗
器(如需要)、直流环节中的直流电容器组、自换向的电动机侧变流器输出滤波器(如需要)、变流器与电
动机之间的电缆系统以及电动机。
图5 电压源型逆变器(VSI)与电动机构成的传动系统
4.2 高频接地性能和拓扑
使用电缆连接PE属于所谓的基于低频接地。为使用系统方法描述动态电压特性,我们更关心高
频接地的性能及拓扑。
在实际装备中,不同部分的地电位VG0~VG4如图5所示。只要接地阻抗不同接地电位就不同,且
接地电位应是基于高频的(如果接地线路性能不好),尽管基于低频的接地电位可能有相同的值:
---单点接地拓扑的高频接地性能不好。基于高频的接地电位VG0~VG4中可能包含附加的寄生
电压成分。
---多点或网形接地拓扑的高频接地性能很好。基于高频的接地电位VG0~VG4中不包含附加的
寄生电压成分。
4.3 双端口方法
双端口方法适用于描述电动机端子之间的电压波形。
双端口元件主要有两种,将系统分为两个重叠的部分:
---差模模型中的放大元件;
---共模模型中的加法元件。
4.3.1 放大元件
放大元件如图6所示。在这种情况下,双端口元件的输出电压计算如下:
Uout=k×Uin (1)
图6 双端口的放大元件
4.3.2 加法元件
双端口加法元件的情况如图7所示,其输出电压计算如下:
Uout=Uadd+Uin (2)
图7 双端口的加法元件
通过研究双端口元件输出电压Uout与输入电压Uin之间的关系,考虑第4章中的主要参数(如峰值
电压、上升时间),将为整个供电网络、变流器输入、变流器输出、输出滤波器、电缆和电动机输入的特性
研究提供一个方法。接地情况会影响或改变电压的关系,这些影响将结合不同的接地电位情况讨论。
4.4 差模和共模系统
4.4.1 概述
在信号理论中,把一个已知的系统分为共模和差模系统是常用的方法。差模系统中,包括了导体之
间出现的所有信号。共模系统中,包括了所有导体中出现的所有信号和对地的所有信号。
在PDS中,逆变器输出部分采用这种方法划分的示例示于图8。
逆变器的输出电压(UU,UV,UW)可分为差模(也称为对称的)电压系统(UUD,UVD,UWD)和共模(也
称为不对称的)电压系统(UG2)。
差模电压表述3个输出相之间的电压。对于每一相,逆变器输出电压与共模电压的差都能计算出
来。例如U相:
UUD=UU-VG2 (3)
PDS通常是一个对称的系统,也就是说所有相中所有交流差模电压的幅值(例如电源电压、逆变器
输出电压)是相同的,并且电压矢量彼此之间有一个120°的相位移(见图9)。
图8 差模和共模的电压系统
a) 直流环节电压 b) 旋转逆变器输出电压
图9 差模系统中的电压
直流差模电压的参考点是直流环节的中性点,电压(Udc+D,Udc-D)表现为一个180°的角度。因此,
直流差模电压的幅值总是直流环节从正电源端至负电源端总电压的50%。
共模电压表示3个输出相的理想星点至理想地电位的电压。计算如下:
UG2=(UU+UV+UW)/3 (4)
对于差模和共模系统,可使用上述双端口元件画出一个等效电路图。
4.4.2 差模系统
差模框图如图10所示。
图10 用双端口元件组成的差模模型描述电动机端电压的框图
电动机输入端的最高线电压计算如下:
U^PP,motor=US×∏
i=1
kDi (5)
图11给出了实际装备的示例。
图11 用于计算差模电压的等效电路框图
在分步计算中,差模电压的计算如下:
电网部分: US (6)
输入变流器部分: Ud=kD1×US (7)
逆变器部分: U^PP2=kS×Ud (8)
滤波器部分: U^PP3=kD3×U^PP2 (9)
电缆部分: U^PP4=kD4×U^PP3=U^PP,motor (10)
4.4.3 共模系统
共模系统的框图如图12所示。
图12 用双端口元件组成的共模模型描述电动机端电压的框图
图13给出了实际装备的示例。
在分步计算中,共模电压的推导如下:
电网部分: V^G0=kC0×US (11)
输入变流器部分: V^G1=^VG0+kC1×US=(kC0+kC1)×US (12)
逆变器部分: V^G2=^VG1+kC2×kD1×US=(kC0+kC1+kC2×kD1)×US (13)
滤波器部分: V^G3=kC3×^VG2=kC3×(kC0+kC1+kC2×kD1)×US (14)
在图12中,示出了共模滤波器及与地电位相连。在一些应用中,共模输出滤波器与NP电位相连。
在这种情况,滤波器仅仅影响逆变器输出的共模电压。式(14)修订如下:
图13 用于计算共模电压的等效电路框图
V^G3=^VG1+kC3×kC2×kD1×US=(kC0+kC1+kC3×kC2×kD1)×US (15)
电缆部分: V^G4=kC4×^VG3 (16)
电动机端相对地电压最大值计算如下:
U^PG,motor=
×U^PP,motor+U^G4=
×US×∏
i=1
kDi+US× ∑
i=0
kCi()×∏
i=3
kCi (17)
根据PDS部分的拓扑,放大因数kD1~kD4、kC3~kC4和共模因数kC0~kC2将在下文中解释和确定。
5 电网部分
5.1 概述
本章将说明供电系统的影响。附录A中给出了几种最常用的供电系统(TN、TT和IT系统),包括
接地及其影响。
对于电网部分和第6章中的输入变流器部分,由于TT供电系统与TN供电系统的影响相同,所以
TT供电系统不做单独讨论。
5.2 TN型供电系统
5.2.1 概述
TN供电系统有一个点直接接地,装备的裸露导电部件通过保护导体与此点连接。根据中性导体
和保护导体的连接方式,有如下3种类型的TN系统:
---TN-S系统:整个系统中,使用单独的保护接地导体;
---TN-C-S系统:系统的某个部分中,中性与保护功能共用一个单独导体;
---TN-C系统:整个系统中,中性与保护功能共用一个单独导体。
5.2.2 星点接地和角接地
通常上述的供电系统中任意一个点都可能作为接地点。接地点不同,产生的共模电压就不同。根
据图14中的两张图,共模电压值的范围在最小值和最大值之间:
● 当星点接地时,有最小值kC0=0;
● 当角点接地时,有最大值kC0=US/SQR3。
图14 TN-S供电系统
5.3 IT型供电系统
在IT供电系统中,所有的导体都与地电位绝缘。这导致VC0的值不确定(见图11)。实际情况是,
寄生阻抗或多或少是对称的,这导致kC0=0。
如果在上述装备中发生接地故障,将因此产生偏差。这种情况下,此值将接近kC0=1/SQR3。
5.4 电网部分的差模模型的放大倍数
表1 电网部分的差模模型的放大倍数
TN网络 IT网络
US/USN 1 1
注:最坏的情况下,电网电压的容差应包含于US 值内。
5.5 电网部分的共模模型的相关结论
表2 电网部分的共模模型的参数
TN网络 IT网络
kC0
与标称供电电压相关的中点接地系统电位
星点接地的情况:0
角接地的情况:1/3
不确定,至少限于1/3
6 输入变流器部分
6.1 电压分析
逆变器输出端的低频地电位由直流环节电压(Ud)和直流环节电压的参考电位(VG1)决定(见图5)。
变流......
|