基于杂散电感的IGBT开关特性优化方法研究

针对大功率变流器中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关特性中由杂散电感引起的关断电压尖峰问题,首先利用Simplorer软件对应用中的IGBT模块进行建模,搭建单桥臂仿真电路,通过对比在不同杂散电感下IGBT开通关断瞬时的电压与电流波形,对这一问题进行分析与研究,然后提出一种直流侧与电容组两端布局的优化方法,降低了线路杂散电感的总量,使IGBT关断特性中的电压尖峰得到了有效抑制,同时缩短了IGBT的开关时间。最后通过一套功率为1.3 MVA的三相两电平逆变器进行实验,实验与仿真结果的对比证明了该优化方法的有效性。     

1140V链式STATCOM IGBT尖峰抑制与驱动电路设计

针对大功率链式STATCOM中的IGBT模块关断时产生的尖峰问题,本文首先对IGBT尖峰产生机理进行了详细的分析,在此基础上提出了低杂散电感和简化缓冲电路的设计.通过合适的器件选取和叠层母线的设计应用来降低回路中的杂散电感,再加上简化的缓冲电路,能够有效地抑制尖峰电压,保证IGBT工作在安全工作区内,减少系统损耗.给出...     

阻抗源逆变器缓冲电路分析与设计

对于功率较大的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)装置,线路寄生电感较大,IGBT关断时的电压变化率和过冲电压很容易损坏功率器件。抑制过冲电压,除了采用低感母排减小寄生电感外,还需要缓冲电路。通过分析阻抗源逆变器工作特性,针对线路杂散电感会造成直通和非直通转换时存在电压尖峰的问题,提出一种适用于阻抗源逆变器的缓冲电路,该电路有效抑制了IGBT关断时的电压变化率和过冲电压,大大减小了母线电压尖峰,提高了变换效率。仿真和实验波形证实了缓冲电路的可行性。     

基于IGBT开关过程的变流器杂散电感分析方法

在IGBT关断的瞬态过程中,变流器杂散电感会使IGBT的集、射极之间产生较高的电压尖峰,从而造成较大的电磁干扰,甚至导致IGBT损坏。若能测量变流器杂散电感,则可在一定程度上预估该电压尖峰,并设计适当的缓冲电路。本文分析了IGBT开通和关断瞬态过程中各阶段的电压和电流,提出了一种优化的基于IGBT开关过程的大功率变流器杂散参数分析方法。通过双脉冲测试方法对西门康功率器件SKM400GAL176D的开关过程进行测试,获取其开通和关断瞬态过程曲线,利用前述方法计算出母排杂散电感。将计算结果与仿真软件提取结果、E4980A阻抗分析仪测试结果进行对比,验证了该方法的准确性与实用性。     

电动汽车用IGBT及逆变器的电磁兼容性分析

为了抑制电动汽车中的电磁干扰,提高整车的稳定性和安全性,建立了包含杂散参数的绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)和三相电压型脉宽调制(PWM)逆变器的等效电路模型,计算得到了IGBT对周边设备的干扰传播增益;并通过仿真和实车实验分析了电动汽车用逆变器差模电压和共模电流干扰的时域、频域特征以及IGBT开关过程、PWM控制策略和干扰传播路径阻抗对干扰特性的影响。得出如下结论:逆变器的差模干扰主要是由IGBT开关过程和PWM控制策略所决定;逆变器的共模干扰本质上是由三相PWM脉冲之和不为0所引起,并且更多的受干扰传播路径阻抗特性的影响。上述模型和结论为整车电磁兼容性分析和干扰抑制打下了良好的基础。     

基于开关瞬态过程分析的大容量变换器杂散参数抽取方法

由于线路杂散电感存储能量的释放,绝缘门极双极性晶体管（insulatedgatebipolartransistor,IGBT）在开通和关断的瞬态过程中,其两端将产生电压尖峰。为了对该电压尖峰进行定量研究,需要对IGBT开关过程进行分析,抽取线路的杂散电感参数。传统抽取方法通常利用IGBT关断电压的最大幅值以及近似的电流斜率作为计算参数,其计算结果并不精确。为得到更精确的结果,提出一种新的参数抽取方法,通过将IGBT开通、关断的非线性过程分解为多个线性阶段,并充分考虑反并联二极管前向恢复和反向恢复的影响,在此基础上得到电压过冲△Uot。和相对应的di／dt,进而得到准确的杂散参数抽取过程。最后,将该分析方法在一台75kVA的单相逆变器进行实验验证,利用不同工况下的开通和关断过程进行线路杂散电感抽取,均得到一致的结果,从而证明了本方法的有效性与正确性。     

层叠母排并联支路杂散电感建模及测量方法

建立精确母排的杂散电感模型是准确分析绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性的关键问题之一。大功率IGBT模块通常存在2~3个功率端子,端子之间的均流特性与母排所在支路的杂散电感相关。以一台三相两电平车载逆变器叠层母排作为研究对象,建立了母排并联支路的局部自感和互感模型,并对模型进行简化。借助Q3D仿真工具,对母排并联支路局部杂散电感进行提取,验证了模型简化方法的准确性。同时提出一种高精度的母排局部杂散电感测量方法,验证了杂散电感仿真结果的正确性。     

寄生参数对三相逆变器的影响与抑制方法

针对三相逆变器过冲电压导致绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的过压击穿和误导通问题,提出一种减小寄生参数的三相逆变器设计方案。首先建立IGBT换流通路和驱动回路的电路模型,然后分析线路寄生参数对IGBT开关过程的影响,最后给出分立式IGBT构成的三相逆变器设计方案并制作实物进行物理验证。研究结果表明,线路杂散电感是造成IGBT关断过电压的主要原因,IGBT与驱动电路集成的三相逆变器寄生参数影响最小。实验结果验证了结论分析的正确性。     

节能变频器叠层母线的设计

分析变频器的核心器件绝缘栅双极型晶体管尖峰电压产生的原因,设计母排结构时要避免电流分布不均匀,减小杂散电感参数.运用效应原理设计双层叠排,理论上分析运用叠层母线排设计能有效地抑制IGBT产生的过电压尖峰值,从而延长变频器的使用寿命.叠层母线设计有效地减少母线对系统的电磁干扰.     

开关磁阻电机功率变换器IGBT关断电压尖峰的分析与抑制

本文针对开关磁阻电机（SRM）功率变换器中的IGBT在关断时出现的尖峰电压进行了分析,就如何抑制IGBT关断尖峰电压提出了解决方法,并分别从减小主电路杂散电感和减小IGBT关断时电流的变化率两个方面出发,在结构上使用多组电解电容和叠层母排,以便减小换流回路,从而减小杂散电感。在驱动方面使用有源嵌位技术,减小IGBT关断时的电流变化率。     

Minimization of wiring inductance in high power IGBT inverter

The wiring inductance is one of main causes limiting the use of the inverter in hard commutation mode, particularly when voltage, current and switching frequency are increased. The busbar technology is the means that allows one to reach low wiring inductance between DC source and power switches in spite of relatively long connections. This paper deals with studies of busbar structure applied to the high power inverters in order to improve their performances. Two structures of wiring are tested; the traditional one and busbar technology. Experimental and simulation results show that this last technique permits to obtain very low wiring inductance so that no snubber circuits are needed     

A low‐loss snubber for reducing motor terminal surge voltage

The development of an advanced Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) has enabled high‐frequency switching operation and has improved the performance of PWM inverters for motor drive. However, the IGBT's high rate of dv/dt has adverse effects on motor insulation stress. In many motor drive applications, the inverter and motor are separated, requiring long motor feeds. The long cable contributes high‐frequency ringing at the motor terminal and results in high surge voltage which stresses the motor insulation. The inverter output filter and RDC snubber are the conventional method for reducing the surge voltage. In this paper, we propose a new low‐loss snubber to reduce the motor terminal surge voltage. The snubber consists of the series connection of chraging/discharging capacitor and the voltage‐clamped capacitor. At IGBT turn‐off, the snubber starts to operate when the IGBT voltage reaches the voltage‐clamped level. Since dv/dt is decreased by snubber operating, the peak level of the surge voltage can be reduced. Also the snubber operates at the IGBT voltage above the voltage‐clamped level, and the snubber loss is largely reduced compared with the RDC snubber. The proposed snubber enables reduction of the motor terminal surge voltage with low loss. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(4): 64–72, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10378     

数字控制400VA纯正弦波逆变器系统设计

随着光伏和风能发电系统迅速发展,纯正弦波逆变电源的需求量不断增加,传统逆变器采用工频变压器及模拟控制,导致系统体积大、转换效率低、设计复杂、可靠性差;针对这些缺陷,本文研制数字控制的具有高频链环节的400VA逆变电源,给出了系统设计框图及软件主要设计流程图,此电源具有过流、过载和过欠压等监控电路。试验结果表明,该逆变电源输出电压质量好、体积小、可靠性高和THD值小,适用于对输出波形质量要求较高的场合。     

Hybrid multilevel frequency converter with two reactive cells in phase

Ways to implement a hybrid multilevel frequency converter based on a multilevel voltage inverter (NPC inverter) with two series-connected single-phase inverters in the output phases, which are used in the reactive-cell mode without a source are examined. The voltage ratio for inverters is 9: 3: 1.     

高频链结构车载逆变电源研制

车载逆变电源的需求量随着汽车工业的发展而迅速增加。由于传统的逆变器采用的是工频变压器及模拟控制,因此导致系统体积大、转换效率低、设计复杂、可靠性差。针对这些缺陷,研制了一台基于PIC16C711数字控制的具有高频链环节的3 kW方波车载逆变电源,并给出了系统设计框图及部分设计参数,该电源具有过温、过流、过压、欠压等监控电路。试验结果表明,该逆变电源输出电压稳定、体积小、可靠性高,满载效率可达90.1%。     

并联微网逆变器输出功率精确分配研究

为了解决基于传统下垂控制的并联微网逆变器输出功率分配不合理问题,以两逆变器并联运行模型为研究对象,详细分析下垂控制中并联逆变器输出功率分配机理,得出并联逆变器输出功率分配不精确的本质原因是逆变器总输出阻抗和额定容量间的不匹配。进而提出了一种改进下垂控制策略,在电压外环采用准比例谐振(PR)控制,同时虚拟阻抗被引入到电流反馈环,进而使逆变器总输出阻抗近似于虚拟阻抗,通过比例设置虚拟阻抗实现并联逆变器输出功率的精确分配。此外,在功率控制环中引入逆变器输出电压幅值反馈环节,合理选定预设电压,有效改善了虚拟阻抗造成的输出电压降低问题。仿真软件验证了理论分析的正确性。     

基于改进V/f控制和虚拟振荡器的光储微网黑启动控制策略

针对光储电站黑启动过程中存在的母线电压冲击过大、多光伏逆变器相位不同步等问题,研究光储微电网结构和微源控制方式,提出变d轴母线电压参考值的改进V/f控制策略。基于构网型虚拟振荡器,设计三相电路多并联逆变器并网自同步控制拓扑和策略。建立微电网仿真模型,提出不同工况下黑启动过程母线升压、光伏逆变器相位同步、微电网功率平衡实验方案。结果表明,基于提出的控制策略和拓扑,不同工况下弱电网黑启动过程的母线电压冲击减低,冲击电压由额定电压的5%降至2%以内;并联逆变器相位不同步程度减少,多逆变器最大相位差降至1%以内;储能单元0.03 s内可快速响应光伏功率和负载变化,黑启动过程平稳实现。     

大容量多重化逆变器的输出电压谐波分析

针对目前缺乏对大容量多重化逆变器的输出电压谐波进行全面分析和比较的现状,根据多重化变压器的不同结构,将现有的典型多重化逆变器分为3类并从理论上推导出了它们的输出电压及谐波电压幅值表达式;给出了电压谐波畸变系数与重数和脉冲控制参数间的变化关系;对比分析了它们的电压谐波畸变率。理论和仿真分析结果的一致性表明由三电平逆变桥构成的多重化逆变器不仅能以较低的重数实现高压大容量输出,还可获得满意的电压谐波畸变率,且可有效减小变压器体积、重量和损耗,因而更适用于高压大容量电力电子装置。     

Multilevel DC-link inverter

This paper presents a new class of multilevel inverters based on a multilevel dc link (MLDCL) and a bridge inverter to reduce the number of switches, clamping diodes, or capacitors. An MLDCL can be a diode-clamped phase leg, a flying-capacitor phase leg, or cascaded half-bridge cells with each cell having its own dc source. A multilevel voltage-source inverter can be formed by connecting one of the MLDCLs with a single-phase bridge inverter. The MLDCL provides a dc voltage with the shape of a staircase approximating the rectified shape of a commanded sinusoidal wave, with or without pulsewidth modulation, to the bridge inverter, which in turn alternates the polarity to produce an ac voltage. Compared with the cascaded H-bridge, diode-clamped, and flying-capacitor multilevel inverters, the MLDCL inverters can significantly reduce the switch count as well as the number of gate drivers as the number of voltage levels increases. For a given number of voltage levels m, the required number of active switches is 2/spl times/(m-1) for the existing multilevel inverters but is m+3 for the MLDCL inverters. Simulation and experimental results are included to verify the operating principles of the MLDCL inverters.     

火电厂给煤机变频器电压暂降抗扰力

随着火电厂辅机系统变频器的大规模使用,电网电压暂降引起大量火电机组跳闸的问题凸显。结合陕西电网典型火电机组给煤机变频器低电压穿越特性试验现场试验数据,系统地分析了电压暂降主要因素对变频器输出特性的影响,提出采用动态电压恢复器（dynamic voltage restorer,DVR）进行电压暂降快速补偿的方案。电网电压暂降深度、电压暂降持续时间、负载大小、电压暂降类型等因素对火电机组给煤机变频器工作特性影响较大,导致电压敏感设备变频器直流工作电压降低超限甚至失压,进而引发变频器工作回路动作跳闸退出运行。利用PSCAD/EMTDC搭建典型的变频器电压暂降实验及补偿模型,结果表明采用动态电压恢复器能够很好的稳定变频器直流工作电压,有利于提高变频器电压暂降抗扰能力。