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  文章標(biāo)題:高壓IGBT變頻器及應(yīng)用
回復(fù)文章
作者:q1q1q1  發(fā)表時間:2009-9-2 15:13:19

高壓IGBT變頻器及應(yīng)用

     1 前言

     電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)與控制理論的結(jié)合,有力地促進(jìn)了交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展。近年來,具有驅(qū)動電路和保護(hù)功能的

智能IGBT的應(yīng)用使得變頻器結(jié)構(gòu)更加緊湊且可靠。與其它電力電子器件相比,IGBT具有高可靠性、驅(qū)動簡單、保護(hù)容易、不用緩沖電

路和開關(guān)頻率高等特點,鑒于此,開發(fā)高電壓、大電流、頻率高的高壓IGBT并將其應(yīng)用到變頻調(diào)速器中以獲得輸出電壓等級更高的裝

置成為人們關(guān)注的焦點。中壓變頻器的研發(fā)與電力電子器件如高壓IGBT、GTO、IGCT等器件研制水平和應(yīng)用水平密切相關(guān),隨著高電

壓、大電流IGBT的面世,給中壓變頻器注入了新的活力,德國西門子公司采用高壓IGBT(600A~1200A/3300V~6500V)、三電平技術(shù)開

發(fā)的SIMOVERTMV系列中壓變頻器已在國內(nèi)廣泛用于有色、冶金、電力、建材、自來水、石油化工等行業(yè)并得到用戶的認(rèn)可,本文就第

四代IGBT的優(yōu)異性能,與GTO、IGCT等電力電子器件進(jìn)行了比較,結(jié)合MV系列中壓變頻器的特點論述了采用三電平技術(shù)獲得優(yōu)良的輸

出電壓特性,采用模塊化技術(shù)以適應(yīng)各種負(fù)載的需求,介紹了三電平有源前端(AFE)技術(shù)提供的四象限傳動方案,并提供眾多應(yīng)用

選型實例說明中壓變頻器的方案選擇與應(yīng)用效果。

     2

     中壓變頻器用電力電子器件的比較

     電力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了晶閘管(SCR)、可關(guān)斷晶閘管(GTO)、大功率晶體管(GTR)、絕緣柵晶體管(IGBT)等階段,目前,常壓

變頻器基本上采用IGBT組成逆變電路,中壓變頻器中由于電路結(jié)構(gòu)的不同,交—直—交變頻器中逆變電路基本上由高壓IGBT、GTO、

IGCT等組成,單元串聯(lián)多電平變頻器和中—低—中變頻器型多采用低壓IGBT構(gòu)成。

     20世紀(jì)80年代可關(guān)斷晶閘管GTO的商品化促進(jìn)了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,與SCR相比其屬于自關(guān)斷器件,由于取消了強(qiáng)迫換流電路

,簡化了在交流電力機(jī)車中大量采用的逆變器電路,目前GTO的容量為6000A/6000V,在電力機(jī)車調(diào)速中大多采用(3000~4000)

A/4500V,中壓變頻器功率范圍多在(300~3500)kW以內(nèi),屬于較小的功率范圍。GTO開關(guān)頻率較低,需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的緩沖電路和門

極觸發(fā)電路,用門極負(fù)電流脈沖關(guān)斷GTO,其值接近其陽極電流的1/3,如關(guān)斷3000A/4000V的GTO,需750A的門極負(fù)脈沖電流,其門極

觸發(fā)電路需要多個MOSFET并聯(lián)的低電感電路,而同樣的高壓IGBT僅需5A的導(dǎo)通和關(guān)斷電流。GTO的工作頻率低于500Hz,以

1500A/4500V的GTO為例,其開通時間為10μs,關(guān)斷時間約需20μs。

     硬驅(qū)動GTO(IGCT)是關(guān)斷增益為1的GTO,GTO制造工藝上是由多個小的GTO單元并聯(lián)而成的,為解決關(guān)斷GTO時非均勻關(guān)斷和陰極

電流收縮效應(yīng),縮短關(guān)斷時間,利用增加負(fù)門極電流上升率,在1μs內(nèi)使負(fù)門極電流上升到陽極電流的幅值而使GTO的門極-陰極迅

速恢復(fù)阻斷。將GTO外配MOSFET組成的門極驅(qū)動器組合成IGCT,實現(xiàn)了場控晶閘管的功能,IGCT使用過程中要求開通和關(guān)斷過程盡可

能短,目前IGCT的****水平為4000A/6000V,IGCT關(guān)斷過程中仍需要di/dt緩沖器以防過電壓,IGCT以GTO為基礎(chǔ),其工作頻率應(yīng)在

1kHz以下。

     隨著關(guān)斷能力和載流能力的提高,高壓IGBT以其自保護(hù)功能強(qiáng),無需吸收電路而具有廣闊的應(yīng)用前景。西門子公司從1988年開

始研制和應(yīng)用低壓IGBT,在高壓IGBT的開發(fā)上也處于****地位,以目前用于MV系列的1200A/3300VIGBT為例,其柵極發(fā)射極電壓僅為

15V,觸發(fā)功率低,關(guān)斷損耗小,di/dt、dv/dt都得到了有效控制,目前高壓IGBT的研制水平為(600~1200)A/6500V,其工作頻率為

 

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