IGBT复合母排换流回路电感研究

以一类NPC型三电平逆变器为例,通过功率单元开关状态变化分析得到IGBT复合母排的4种换流回路路径;在Ansoft Q3D仿真软件中建立了换流回路1:1模型,计算了典型频率下的回路电感参数;利用谐振阻抗分析法实测了该类复合母排的换流回路电感,结果验证了仿真计算的可靠性和有效性。该分析和仿真计算方法可用于指导大容量电力电子变流设备复合母排的参数计算与优化设计。     

基于电弧电压的混合型直流断路器

混合型直流断路器同时具有传统机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速关断的动态特性,多端直流输电网络很大程度上依赖于直流断路器技术的发展。文中提出了一种基于电弧电压的混合型直流断路器,推导了电流换流物理过程的数学关系。通过有限元分析软件,进行了关键部件——电磁斥力机构高速开关的仿真计算。在以上基础上进行了1kA/15kV直流断路器样机的设计研制,试验结果表明,该样机的电弧最大换流能力为3kA,电流从高速开关向固态开关转移的过程呈指数关系,与理论推导相符。该样机能够在5ms内分断10kA短路电流,分断时间主要取决于高速开关开断速度以及电弧电压大小。     

直流微网混合式断路器IGBT串联均压特性

混合式断路器在直流微网应用中将多个绝缘栅双极晶体管(insulated gatebipolar transistor,IGBT)串联以承受关断过电压,为此对IGBT串联动态均压特性展开探讨。首先,分析了IGBT串联动态不均压原因及电阻、电容、二极管(RCD)无源缓冲均压电路工作原理;其次,通过仿真分析不同RCD电路参数对均压特性、IGBT关断损耗及过电压、二极管反向电压的影响;最后,搭建容量为1.2 kA/2.4 kV的IGBT串联开断单元,以500 ns关断时间差、600 A短路电流为实验条件,进行开断验证。研究结果表明:缓冲电容在一定范围内越大,IGBT的过电压、关断损耗、不均压程度越小,但过大的电容值对3者减小的作用有限;缓冲电阻在一定范围内越大,避雷器关断后,电路阻尼振荡的抑制效果越好,但二极管承受的反向电压会增大;结合仿真和实验,提出缓冲电容2～3μF,缓冲电阻2Ω的最佳电路参数,并在此基础上给出二极管选型原则。该文通过研究获得的RCD无源缓冲电路均压特性,可为工程应用提供一定技术参考。     

IGBT技术进展及其在柔性直流输电中的应用

近十年来,高电压、大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)技术逐渐成熟,并在直流输电系统中得到广泛应用。文中首先介绍了IGBT的发展和改进,总结了IGBT发展的重要阶段。其次,介绍了基于IGBT的柔性直流输电换流阀的典型拓扑,并说明IGBT在拓扑内的应用参数及特点。最后给出了IGBT为适应柔性直流输电技术在性能、封装形式及材料等方面的发展趋势。     

直流断路器用压接型IGBT器件电流分布研究

针对直流断路器用压接型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片电流分布的问题,基于内快恢复二极管(FRD)外IGBT的对称布局方式建立3.3 kV/3 kA压接型IGBT模块的等效电磁场模型,首先通过仿真1 kHz和1 MHz频率下芯片和铜台的电流密度,分析了IGBT器件内部的集肤效应现象和涡流分布情况,对比了芯片和铜台的电流密度分布,提出了集肤效应下芯片、铜台内部和芯片、铜台之间电流分布规律,并且指出芯片上的电流与铜台上的电流密度模分布差异巨大;其次,在施加直流断路器典型电流波形条件下,仿真得出了IGBT各芯片之间和芯片内部的电流分布。结果表明,在当前直流断路器电流波形下,IGBT芯片之间的电流分布基本均匀;芯片边沿存在电流集中现象,边沿电流密度比中心高9.56%。     

基于灰色预测模型的IGBT变频器控制研究

针对IGBT变频器死区时间设置的问题,将灰色系统理论中的灰色建模理论应用到死区时间的设置上,结果表明,该模型能够很好地控制IGBT变频器的死区时间,这种探索也为灰色系统理论应用到电力电子方面打下了基础。     

自然换流技术在地铁混合型直流断路器的应用研究

直流断路器是构成直流牵引供电系统的关键设备。目前,地铁牵引供电系统多采用空气式直流断路器,关断时间较长,且关断过程对灭弧栅片烧蚀严重。对此,提出一种基于自然换流的混合型直流断路器,适用于地铁直流供电系统。分析了影响混合型直流断路器开断速度的因素,对断路器方案进行了设计,采用IGCT作为断路器的固态开关。在MATLAB/Simulink上搭建了仿真模型并进行仿真验证,结果表明基于自然换流的混合型直流断路器换流速度快,可在4 ms内完成故障电流的关断。     

基于IGBT器件的大功率高压直流断路器数字驱动的设计

针对大功率多开关的应用场合,提出一种新的基于现场可编程门阵列(field programmble gate array, FPGA)高效并安全更可靠的多功能绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)数字驱动器,该驱动器能利用全面的IGBT状态检测电路、多路信号故障检测和保护电路。多开关、大功率10 kV/5 kA的断路器试验,验证了该驱动器能保证IGBT实现均压均流、温度检测等功能有效性,仅用6.4μs实现同时关断的功能,使IGBT开关过程得到优化,保障整个断路器的安全可靠。     

IGBT逆变电源的抗负荷冲击研究

介绍了ＩＧＢＴ逆变电源的工作原理，分析了冲击性负荷对逆变电源造成的不利影响。提出一种简单，可靠的抗冲击控制电路。并用实验得到了证实。     

Saber仿真模型IGBT1在固态开关设计中的应用

电力电子仿真软件Saber提供了丰富的通用模型和各种具体型号器件的专用模型。介绍了Saber下绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)通用模型中IGBT1模型的等效电路,分析了IGBT1模型的静态和动态工作特性,包括直流传输特性、IGBT并联时的电流分配问题、IGBT导通过程等,并提供了Saber下IGBT1模型与静态、瞬态过程有关的参数取值。当参数取值准确时,其仿真波形能较好地验证IGBT稳态与瞬态的计算结果。最后,介绍了该模型在固态开关设计中的应用。     

三阶段电流转移混合型无弧直流断路器

针对高压直流电路存在开断困难的问题,提出了一种无弧直流断路器的拓扑结构。该拓扑结构采用三阶段的电流转移方案,解决了基于传统强迫关断原理的混合型断路器开断时,高速机械开关在打开瞬间有较大的反向恢复电压,需要给预充电电容另加充电电源的问题。通过等效数学模型对工作阶段的临界时刻进行数学计算以及对其推导的正确性进行仿真分析。分析结果表明,采用所提出的拓扑结构不但可以使机械开关无弧分断,而且分断速度较快。     

固态断路器的应用与仿真研究

介绍了固态断路器的基本结构和工作原理;分析了固态断路器在提高供电可靠性等方面的应用;运用MATLAB软件对固态断路器的应用与特性进行了仿真研究。     

基于IGBT串联技术的10kV固态直流断路器研制

直流断路器作为未来基于电压源换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统组网的关键设备,可以在出现短路故障时快速切断故障电流并使故障部分退出运行,避免停运整个直流系统。提出了一种适用于柔性直流输电系统的固态直流断路器技术方案,建立了IGBT串联的固态直流断路器仿真模型,研究了IGBT栅极电阻、拖尾电流和门极电荷等差异对IGBT串联均压特性的影响。仿真结果表明,静态和动态均压电路可有效改善IGBT间的均压效果。最后搭建了10个IGBT串联的直流断路器样机及实验回路,并完成了直流母线电压10 kV、峰值电流5.1 k A的关断实验,验证了基于IGBT串联技术固态直流断路器方案的可行性。     

基于IR2214芯片的大功率IGBT晶体管驱动及保护电路的设计

针对逆变需要的1200V大功率IGBT晶体管,分析了其栅极驱动特性,介绍了一种可驱动高压大功率IGBT的集成驱动IC IR2214芯片,并根据其特性设计了一种典型的应用电路。试验验证表明,该驱动电路具有良好的驱动及保护能力。     

基于M57962AL芯片的大功率IGBT驱动与保护设计

根据大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)对驱动电路和保护的要求,提出一种基于M57962AL的实用型大功率IGBT驱动电路及其保护的设计方案,该设计方案选取IGBT输出特性曲线的拐点作为短路保护阈值点,可有效防止误保护。以FF1200R17KE3_B2为例,根据提出的设计方案设计合适的驱动参数、保护参数及外围电路。通过短路保护测试及大功率实验结果验证该驱动电路具有良好的驱动和保护能力。     

高频条件下IGBT驱动电路的设计与仿真

对大功率IGBT的开关特性、驱动要求进行了分析和讨论,介绍了一种高频条件下实用的IGBT驱动电路,并通过理论分析和仿真波形说明该驱动电路的有效性和适用性。     

适用于电路仿真的IGBT模块暂态模型研究

高压IGBT与二极管构成IGBT模块已经广泛应用于柔性直流输电技术领域。然而现有仿真研究难以模拟IGBT模块中IGBT与二极管各自详细开关暂态特性及相互影响,因此提出一种适用于电路仿真的IGBT模块暂态模型及其参数通用提取方法。模型采用机理推导、电气等效、曲线拟合等方法在PSCAD、SABER等电路仿真平台实现,无需获取器件底层参数和求解复杂物理方程,不仅可以实现电路仿真中IGBT模块的各种运行状态,而且可以在纳秒级步长下模拟其电压电流尖峰、拖尾电流、米勒平台等开关暂态特性。通过与SABER中通用模型仿真结果及实验实测波形对比分析,验证了IGBT模块暂态模型和参数提取方法的正确性和通用性,为进一步将模型应用于柔性直流输电系统仿真、电磁干扰及损耗分析、控制策略等研究打下基础。     

IGBT驱动有源钳位电路的研究

有源钳位电路可以有效地抑制绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)关断时的尖峰电压,但是有源钳位电路的频繁动作会增大损耗,危及整个系统的安全。所以在对传统的有源钳位电路模型进行电路分析的基础上,提出了一种优化的有源钳位电路,分析比较了两种有源钳位电路关断时的暂态过程,建立了相应的损耗分析模型,对两种电路进行定性损耗分析的计算。最后通过Pspice的定量仿真实验,仿真与分析结果对比证实了所提出的开关模型和损耗模型的正确性。     

基于全控型电力电子器件的强制换流型混合直流断路器

基于全控型电力电子器件的强制换流型混合直流断路器,在辅助换流电路分断过程中,缓冲电容放电会影响机械开关分断时间;当主断路器完成分断动作,线路能量仅仅依靠避雷器释放,避雷器投入费用较高,能量释放过程较慢,容易造成器件损坏,并影响避雷器使用寿命。提出一种强制换流型混合直流断路器方案,分析了该断路器工作原理,通过对比仿真验证了该方案的可行性。与传统基于全控型器件的强制换流型混合断路器相比,其在实现电流双向流动的同时全控型器件减半;阻止了缓冲电容放电对机械开关动作时间的影响;引入接地引流二极管,可使线路电流尽快减少到零。