受杂散电感影响的大容量变换器中IGCT关断特性研究

集成门极换流晶闸管(IGCT)是大容量变换器高效可靠运行的重要元件。电路杂散电感会严重地影响IGCT的关断特性，增大器件的电压应力和关断损耗，甚至导致器件损坏。以基于IGCT的12 50 kW/6 kV三电平变频器为例，通过理论分析、仿真和实验，深入研究杂散电感对IGCT关断特性的影响。通过引入影响因子的概念，评估不同支路杂散电感影响的严重程度，据此提出杂散电感的设计原则。结合变换器柜上的单管IGCT测试方案，使得杂散电感和IGCT关断特性的准确预估成为可能，为基于IGCT的大容量变换器的设计和优化提供了重要的指导。     

功率器件集成门极换流晶闸管关断特性研究

为深入研究IGCT的关断特性，该文基于实验结果，建立了IGCT关断过程中，流过IGCT电流的波形的数学模型，在此基础上进而提出用微分方程研究电路中IGCT关断特性的方法。为验证该方法的有效性，以建立的IGCT关断过程电流波形数学模型为基础。该文建立基于斩波电路的IGCT关断暂态特性的数学模型。该模型充分考虑IGCT阻容吸收回路、线路杂散电感及限流电抗器对IGCT关断暂态过电压的影响。数值仿真及试验结果表明，该模型能够较好地反映IGCT关断过程中的暂态特性。     

IGCT及其逆变电路的PSpice仿真

集成门极换流晶闸管(IGCT)在中压领域的应用越来越广泛。利用PSpice软件包建立了IGCT的单2T-3R模型仿真电路,并基于此模型对中压变频器中的逆变单元,在载波频率为800Hz时的三种情况(不考虑线路杂散电感、考虑较大杂散电感、考虑一种故障情况)进行了仿真和分析。提出IGCT不安装关断吸收电路只是在线路结构紧凑、杂散电感较小的场合：否则要加装关断吸收电路。     

基于RC阻容吸收的串联IGCT动态均压研究

为了研究串联IGCT关断时暂态特性,建立了串联IGCT的关断电流数学模型,该模型考虑了所串联的同一型号半导体开关器件物理特性存在的细微差异。基于此模型,提出了用微分方程研究串联IGCT电路关断的均压特性的思路。为验证该思路的有效性,建立了基于串联IGCT斩波电路的关断暂态模型,该模型充分考虑了IGCT阻容吸收回路、线路杂散电感对IGCT关断暂态过电压的影响。数值仿真及试验结果表明,该模型能较好地反映串联IGCT关断的均压情况。     

不间断电源中的IGBT关断过电压抑制

由于电路中杂散电感及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)反并联二极管浪涌电压的影响,IGBT在关断过程中会产生过电压尖峰。分析了IGBT关断过程,提出了一种由过电压采样电路和动态过电压抑制电路构成的有源IGBT过电压抑制电路方案,并对该方案进行仿真及实验,结果表明,该过电压抑制电路能有效抑制IGBT过电压产生,防止IGBT过电压损坏,提高了UPS电源的可靠性和工作效率。     

基于IGCT串联的10kV直流混合断路器研究

直流断路器是直流系统组网的关键设备。该文针对直流断路器工作模式对集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristors,IGCT)特性进行研究,首先结合仿真与实验结果,分析了母线电压、关断电流、缓冲阻容及杂散电感等因素对IGCT关断动态特性的影响。然后以两IGCT串联系统为例,研究了缓冲阻容、杂散电感差异和触发时间差异对串联均压特性的影响。结果表明,触发时间差异对均压效果影响最大,串联系统应尽量保证所选器件和阀体杂散参数的一致性,并通过调整触发时间等方法改善均压效果。接着,该文给出一种自然换流型混合断路器方案,与已有串联辅助开关的方案相比,该方案通态损耗几乎为零、不需水冷散热、控制逻辑简单、系统可靠性高。基于IGCT动态特性和均压特性分析,该文选取合适参数,搭建了4个IGCT串联开关支路,并完成母线电压10 kV、关断电流3.5 kA开通关断实验,不均压系数约为5%。结合快速机械开关,设计并实现了10 kV自然换流型直流混合断路器,完成了关断电流3.6 kA的整体实验,关断过电压21.4 kV,验证了该方案的可行性。近期还完成了40 kV/3.4 kA的实验,为中高压直流断路器的实际工程应用奠定了坚实基础。     

IGCT变流器箝位电路分析及参数设计

集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)广泛应用于高电压、大电流的大容量变流器,运行特性受电路元件参数及运行状况等多方面制约。根据IGCT基本电路单元,在深入分析箝位电路工作原理的基础上,考虑电路杂散电感对电路参数设计的影响,结合理论与实验分析所得限制条件,提出基于fmincon函数优化非线性不等式约束问题准确且完善的箝位电路参数设计方法,显著简化了箝位电路参数优化设计过程,确保IGCT的安全运行。结合设计实例,通过优化设计值、仿真分析与实验结果的对比,验证参数设计及分析方法的有效性,并通过实验分析及与现有方法的对比,证明该文方法的优越性。     

IGCT-NPC/H桥型变流器换流过程研究

五电平NPC/H桥型变流器是从三电平NPC变流器的拓扑结构发展而来的,它具有输出电压谐波含量小,容量大,易于实现模块化等优点,适用于高压大功率调速系统场合。本文主要对单相NPC/H桥型变流器的拓扑结构特点进行分析,研究了NPC/H桥变流器的工作原理及其换流过程和数学模型,分析了杂散电感对换流过程的影响和换流过程中的IGCT过电压。通过仿真验证上述分析是正确的。     

基于栅极控制的IGBT关断过电压研究

由于线路中杂散电感以及IGBT反并联二极管浪涌电压的影响,IGBT在关断过程中会产生过电压尖峰。通过对IGBT关断过程的分析,提出了一种新的IGBT过电压抑制方法,并通过pspice仿真以及实验验证了新的过电压抑制方法的正确性和优势。     

基于IGCT的大功率变流器的研制

鉴于传统大功率变流器在提高输出电压等级时的可靠性问题,研究一种采用中性点箝位(NPC)的拓扑结构,基于集成门极换流晶闸管(IGCT)器件的提高整机输出电压等级的方法.通过仿真分析了不同杂散参数对IGCT开关特性的影响,设计具有独立式缓冲电路的功率单元,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法,研制出IGCT三电平变流器,...     

Voltage distribution analysis of 500-kV DC transmission-line voltage divider under impulse voltages: stray parameter extraction

It is essential to extract the stray parameters accurately and efficiently in analyzing impulse responses of a power apparatus. In this paper the stray capacitances and stray inductances of a 500-kV dc transmission-line voltage divider are extracted by the hybrid finite element-analytical approach, and the corresponding equivalent circuit for analyzing the impulse voltage response of the voltage divider is established. According to the discussion of the results of the extracted stray parameters of the voltage divider, reasonable simplification of the equivalent circuit of the voltage divider is made. In addition, the influence of the insulating housing and the electrical insulation oil on the stray capacitances of the voltage divider is discussed.     

集成门极换向晶闸管开关特性

新型开关器件集成门极换向晶闸管(IGCT)由于其优越的性能在中高压大功率多电平变流器系统中逐渐得到广泛应用.在电力电子仿真软件PSIM中实现的一种适用于高压大功率变流仿真的IGCT功能模型的基础上,建立了IGCT单管实验的仿真模型,分析了IGCT开关特性,特别是该电路中各种杂散参数和缓冲吸收电路中各元件参数对IGCT关断过程的影响,为实际的基于IGCT器件的大功率多电平变流器系统的结构设计和控制提供了重要的理论根据和指导.     

Impact of stray inductances of the power loop on false trigger‐on in the zero‐voltage‐switching full‐bridge converter

Here, we propose an exhaustive theoretical investigation and experimental verification of the false trigger‐on phenomenon, which would lead to the interaction between the upper and lower devices during the switching transient, in the zero‐voltage‐switching (ZVS) full‐bridge converter. An equivalent model of the converter, which takes not only the parasitic capacitors of the metal–oxide–semiconductor field‐effect transistors into account but also the stray inductances of the main circuit, is presented. Based on the model, a comprehensive study of the false trigger‐on phenomenon is carried out. According to the analysis results, the stray inductances of the metal–oxide–semiconductor field‐effect transistors have negligible influence on the false trigger‐on phenomena since the soft‐switching is realized. The false trigger‐on phenomenon is induced by the stray inductances of the main circuit. Moreover, the arrangement of the switching sequence would cause significant discriminations in the false trigger‐on phenomena because of the specific working mode of the ZVS full‐bridge converter. According to the investigation results, optimization methods are presented to suppress the induced voltage. At last, the theoretical investigations are verified by tests of a ZVS full‐bridge converter. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Original cabling conditions to insure balanced current duringswitching transitions between paralleled semiconductors

This paper deals with the problem of paralleling components. First, general investigations concerning the influence of stray inductances on the current and voltage differences between n-paralleled components are presented. Original cabling conditions are deduced to insure balanced electrical constraints. Then, a power module involving two paralleled MOSFETs is analyzed. To validate the original presented conditions, two different choppers, involving paralleled power modules have been built, with different layouts. Experimental and simulated results confirm the validity of the proposed rules     

高压变频器中快熔模型及IGCT保护

提供一种高压变频器中IGCT半导体器件的快熔保护方案,在建立快熔模型基础上,详细分析快熔保护系统在逆变器直通故障下对系统的影响以及保护作用。对比了matlab仿真结果和简化电路。计算结果证明,提出的简化保护计算的有效性,同时说明了这种IGCT保护方法的正确性。     

Analysis of Electromagnetic Coupling and Current Distribution Inside a Power Module

Due to high-current commutation speed, it has become necessary to minimize stray inductances to reduce over-voltage. This is a great challenge for the power-converter designer. Integration of converters into ever smaller packages decreases stray inductance considerably but, at the same time, increases other phenomena (thermal issues and electromagnetic-compatibility disturbances) capable of decreasing reliability and efficiency of the system. This paper presents a generic equivalent cabling model and examines the impact of parasitic inductance on current-distribution imbalance. This paper could, therefore, be used in thermal analysis in order to better understand the influence of packaging.