Standard No.:	GB/T 3859.2-2013
Chinese Name:	半导体变流器 通用要求和电网换相变流器 第1-2部分：应用导则
English Name:	Semiconductor converters—General requirements and line commutated converters—Part 1-2:Application guide
Professional Classification:	K46 Power semiconductor device and parts
ICS Classification:	29.200
Issued by:
Issued on:	2013-07-19
Implemented on:	2013-12-02
Status:	VALID
Replace:	GB/T3859.2-1993 Semiconductor convertors Application guide
Language:	English
File Format:	PDF
Word Count:	38000 words
Price(USD):	1140 (USD)
Delivery:	via email in 1-8 business day

1 Scope

This part gives guidance on variations to the specifications given in GB/T 3859.1 to enable the specification to be extended in a controlled form for special cases. Background information is also given on technical points which should facilitate the use of GB/T 3859.1.

This part primarily covers line commutated converters and is not in itself a specification, except as regards certain auxiliary components, in so far as existing standards may not provide the necessary data.

2 Normative References

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

GB/T 2900.33-2004 Electrotechnical Terminology — Power Electronics (IEC 60050-551:1998, IDT)
GB/T 3859.1-2013 Semiconductor Converters — General Requirements and Line Commutated Converters — Part 1-1: Specification of Basic Requirements (IEC 60146-1-1:2009, MOD)
GB/T 3859.3-2013 Semiconductor Converters — General Requirements and Line Commutated Converters — Part 1-3: Transformers and Reactors (IEC 60146-1-3:1991, MOD)
GB 4208 Degrees of Protection Provided by Enclosure (IP Code) (GB 4208-2008, IEC 60529:2001, IDT)
GB/T 10236 Guide for Compatibility and Protection of Interference Effects between Semiconductor Convertors and Power Supply System
GB/T 16935.1-2008 Insulation Coordination for Equipment within Low-voltage Systems — Part 1: Principles, Requirements and Tests (GB/T 16935.1-2008, IEC 60664-1:2007, IDT)
GB/T 17950 Semiconductor Converter — Part 6: Application Guide for the Protection of Semiconductor Converters Against Overcurrent by Fuses (GB/T 17950-2000, idt IEC 60146-6:1992)
GB/T 18494.1 Convertor Transformers — Part 1: Convertor Transformer for Industrial Applications (GB/T 18494.1-2001, idt IEC 61378-1:1997)
3 Terms and Definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in GB/T 2900.33, GB/T 3859.1, several of which are repeated here for convenience, and the following apply.

3.1 Definitions related to converter faults

3.1.1
breakthrough
failure by which a controllable valve device or an arm consisting of such devices loses its ability to block voltage during the forward blocking interval
[GB/T 2900.34-2004, definition 551-16-60]
Note: Breakthrough can occur in rectifier operation as well as inverter operation and for various reasons, for example excessive junction temperature, voltage surges in excess of rated peak off-state voltage, excessive rate of rise of off-state voltage or spurious gate current. See Figure 1a).

... ...
.. ...
3.1.2
false firing
firing of a latching valve device or an arm consisting of such devices at an incorrect instant
[GB/T 2900.34-2004, definition 551-16-63]

3.1.3
breakdown (of an electronic valve device or of a valve arm)
failure that permanently deprives an electronic valve device or a valve arm of its property to block voltage
[GB/T 2900.34-2004, definition 551-16-66]

3.1.4
firing failure
failure to achieve conduction in a latching valve device or an arm consisting of such devices during the conduction interval
[GB/T 2900.34-2004, definition 551-16-65]
Note: See Figure 1b).

3.1.5
conduction through
in inverter operation, the situation that a valve arm continues conduction at the end of the normal conduction interval or at the end of the hold-off interval
[GB/T 2900.34-2004, definition 551-16-64]
Note: See Figure 1c).

3.1.6
commutation failure
failure to commutate the current from a conducting arm to the succeeding arm
[GB/T 2900.34-2004, definition 551-16-59]

3.2 Definitions related to converter generated transients

3.2.1
d.c. side transients
voltage transients produced by rapid changes of the d.c. voltage applied to the inductance and capacitance of the d.c. circuit
Note: See 7.4.

3.2.2
commutation transients on the line (repetitive transient)
voltage transients produced on the a.c. line after commutation
Note: See 7.4.

前言 Ⅶ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
3.1 有关变流器故障的术语 1
3.2 有关变流器产生的瞬态现象的术语 3
3.3 有关温度的术语 3
3.4 有关谐波的术语 4
4 变流器及其系统的性能 5
4.1 应用领域 5
4.1.1 概述 5
4.1.2 变流系统和设备 5
4.1.3 供电电源调节(有源功率和无源功率) 6
4.2 主要技术参数 6
4.2.1 应给出的主要项目 6
4.2.2 其他信息 6
4.2.3 非正常运行条件 7
4.3 变流变压器和电抗器 7
4.4 计算因子 7
4.4.1 概述 7
4.4.2 电压比 12
4.4.3 变流器网侧电流因数 12
4.4.4 变流器阀侧电流因数 12
4.4.5 电压调整值 12
4.4.6 磁路 13
4.4.7 功率损耗因数 13
4.5 并联联结和串联联结 13
4.5.1 阀器件的并联联结或串联联结 13
4.5.2 组件和设备单元的并联或串联 13
4.6 功率因数 14
4.6.1 概述 14
4.6.2 确定基波功率因数使用的文字符号 14
4.6.3 整流运行和逆变运行时,用于基波功率因数cosφ1N和无功功率Q1LN近似的圆图 15
4.6.4 基波功率因数cosφ1 的计算 16
4.6.5 变流因数 17
4.7 直流电压调整值 18
4.7.1 概述 18
4.7.2 固有直流电压调整值 18
4.7.3 交流系统阻抗引起的直流电压调整值 20
4.7.4 供需双方应就变流器直流电压调整值交换的信息 22
4.8 逆变状态下的可靠运行 22
4.9 交流电压波形 22
4.10 影响施加在变流器阀器件上的电压的电路运行条件 23
4.11 过电压保护 24
4.12 环境条件对变流器运行的影响 25
5 主要参数计算 25
5.1 运行参数的实际计算 25
5.1.1 概述 25
5.1.2 假设条件 25
5.1.3 初步计算 26
5.1.4 运行条件计算 26
5.2 变流器负载引起的供电系统电压变化 28
5.2.1 基波电压变化 28
5.2.2 电压变化要求的最小R1SC值 28
5.2.3 变流变压器的变比 29
5.2.4 变压器额定值 30
5.3 变流器无功功率消耗的补偿 30
5.3.1 平均无功功率消耗 30
5.3.2 需要补偿的平均无功功率 30
5.3.3 固定无功功率补偿的电压波动 31
5.4 供电电压畸变 31
5.4.1 换相缺口 31
5.4.2 同一供电网中的多个变流器运行 33
5.5 变流器运行在网侧产生的谐波 34
5.5.1 网侧电流的方均根值 34
5.5.2 网侧的谐波(适用6脉波变流器的近似方法) 34
5.5.3 谐波畸变和最小R1SC要求 36
5.5.4 谐波电流相位移的估计 37
5.5.5 谐波电流的叠加 37
5.5.6 峰值和平均值谐波频谱 37
5.5.7 变压器的相位移 38
5.5.8 两个6脉波变流器的顺序触发 38
5.6 功率因数补偿和谐波畸变 38
5.6.1 总则 38
5.6.2 谐振频率 38
5.6.3 直接并联的电容器补偿装置 39
5.6.4 谐振频率的估算 39
5.6.5 去谐电抗器 40
5.6.6 纹波控制频率(载波频率) 41
5.7 直流电压的谐波含量 41
5.8 其他考虑 42
5.8.1 随机控制角 42
5.8.2 次谐波的不稳定性 42
5.8.3 谐波滤波器 42
5.8.4 电缆电容量的估计 42
5.9 直流侧短路时的电流计算值 42
5.10 抗扰度等级的选用 43
5.10.1 概述 43
5.10.2 抗扰度等级的选择 43
6 试验要求 46
6.1 由短路试验估算功率损耗 46
6.1.1 单相联结 46
6.1.2 多相双拍联结 46
6.1.3 多相单拍联结 46
6.2 采用短路法估算功率损耗的步骤 46
6.3 试验方法 47
6.3.1 方法A1 47
6.3.2 方法B 48
6.3.3 方法C 48
6.3.4 方法D 48
6.3.5 方法E 49
6.3.6 方法A2 49
7 变流器的负载电流和结温计算 50
7.1 高峰负载额定电流值的说明 50
7.2 与有效结温有关的文字符号 51
7.3 通过有效结温计算确定承受高峰负载的能力 51
7.3.1 概述 51
7.3.2 施加在半导体器件上的功率脉冲波形的近似 52
7.3.3 温度计算的叠加法 53
7.3.4 连续负载有效结温计算 53
7.3.5 周期性负载有效结温计算 54
7.3.6 几种典型应用的有效结温计算 54
8 变流器运行 55
8.1 稳定性 55
8.2 静态特性 55
8.3 控制系统的动态特性 56
8.4 单变流器和双变流器的运行方式 56
8.4.1 单变流器联结 56
8.4.2 双变流器联结和整流和逆变运行时的限制 57
8.5 过渡电流 58
8.6 双变流器联结中直流环流的抑制 59
8.6.1 概述 59
8.6.2 限制触发延迟角 59
8.6.3 控制环流 59
8.6.4 封锁触发脉冲 59
8.7 直流电动机控制用可逆变流器的工作原理 59
8.7.1 概述 59
8.7.2 电动机磁场反向 60
8.7.3 使用倒向开关使电动机电枢反向 60
8.7.4 电动机电枢的双变流器联结 61
9 变流器故障处理 61
9.1 概述 61
9.2 故障检测 61
9.3 故障电流保护 61
附录A (资料性附录) 几种过电压保护措施 62
图1 变流器故障时的电压 2
图2 用于基波功率因数近似的圆图 16
图3 p=6时,以dxN为变量的基波功率因数 16
图4 p=12时,以dxN为变量的基波功率因数 17
图5 p=6和p=12时,以dxN为自变量的函数dLN 21
图6 交流电压波形 23
图7 影响施加在变流器阀器件上的电压的电路运行条件 24
图8 过电压保护措施示意图 25
图9 交流侧谐波电流频谱(p=6) 35
图10 电容器额定值和交流电动机负载对谐振频率和放大倍数的影响 39
图11 直流电压的谐波含量(p=6) 41
图12 配电示例 44
图13 试验方法A1的简图 47
图14 试验方法D的简图 48
图15 单个高峰负载 50
图16 重复高峰负载 50
图17 功率脉冲波形的近似 52
图18 连续负载下有效结温的计算 53
图19 周期性负载的有效结温计算 54
图20 不同延迟角时的直流电压波形 56
图21 不同负载和延迟角下的直流电压 57
图22 逆变运行时直流电压的限制 58
图23 直流电流低于过渡电流值时的直流电压 59
图24 变流器供电可逆直流电动机的运行顺序 60
图A.1 高压型和高能型 MOV的伏安特性 63
图 A.2 高压型和高能型 MOV的脉冲降额曲线 63
图 A.3 MOV等效脉冲降额曲线示意图(双对数坐标) 64
图 A.4 MOV连接位置示例 65
表1 电气联结和计算因子 8
表2 确定基波功率因数使用的文字符号 14
表3 计算电压调整值使用的文字符号 19
表4 整流或逆变运行条件 27
表5 运行点 28
表6 运行条件 29
表7 逐步逼近的结果 29
表8 有功功率消耗和无功功率消耗计算结果示例 30
表9 带专用变压器的变流器缺口深度示例 32
表10 由公用变压器供电的一个变流器运行时产生的缺口深度示例 33
表11 10个变流器同时运行产生的缺口深度示例 33
表12 不同重叠角和延迟角下的I′L(α,μ)/IL 值 34
表13 低压系统的最小R1SC要求 37
表14 变压器相位移和谐波次数 38
表15 电缆电容量的近似值(kvar/km) 42
表16 直流侧短路时的变流器电流值 43
表17 图12示例的计算值 45
表18 与有效结温有关的文字符号 51
表19 几种典型应用的有效结温计算 55