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2.Honeywell 621-6550 功率柜及功率單元
Honeywell 621-6550 本系統(tǒng)變頻裝置的變流回路由功率單元串聯(lián)構(gòu)成,每個(gè)功率單元采用二極管整流、電容平波、IGBT連成H橋輸出的電壓源結(jié)構(gòu),其主回路如上圖所示。
對(duì)于大功率變頻器而言,功率單元是設(shè)備的核心,也是需要重點(diǎn)解決的技術(shù)。
在大功率變頻器的設(shè)計(jì)過(guò)程中,zui關(guān)注的有兩個(gè)參數(shù),一是電壓,二是電流。
1)電壓
對(duì)于多電平串聯(lián)的變頻器而言,系統(tǒng)電壓等級(jí)相同時(shí),不管電機(jī)功率大小,采用的串聯(lián)級(jí)數(shù)是相同的。對(duì)于此設(shè)備而言,采用9級(jí)模塊串聯(lián),模塊輸入電壓為700V。
2)電流
由于Honeywell 621-6550 綜合了GTO和MOSFET的優(yōu)點(diǎn),既具有大電流、低飽和壓降,又具有高輸入阻抗、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單和開(kāi)關(guān)頻率高等優(yōu)點(diǎn),特別適合于中高頻、中大功率應(yīng)用。
招標(biāo)方壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的額定電流高,針對(duì)如此大電流,IGBT的選型非常關(guān)鍵。
由于單只IGBT芯片的通流能力有限,大功率產(chǎn)品通常采用IGBT并聯(lián)來(lái)提高輸出電流能力。IGBT本身具有正溫度系數(shù),具有自均流能力,適合并聯(lián):
為了保證此設(shè)備的可靠性,我們放大了設(shè)計(jì)裕量,電路上采用多只IGBT并聯(lián),從而達(dá)到招標(biāo)方的技術(shù)要求。
IGBT并聯(lián)時(shí),主電路的結(jié)構(gòu)會(huì)造成線路感抗差異,這些感抗的不同將嚴(yán)重影響IGBT的動(dòng)態(tài)工作特性,為此公司研發(fā)了對(duì)稱(chēng)型主電路結(jié)構(gòu),達(dá)到了良好的均流特性。
為實(shí)現(xiàn)并聯(lián)IGBT的動(dòng)態(tài)均流和靜態(tài)均流,我公司并聯(lián)一起使用的 IGBT均選用同一批次,以降低不同IGBT及反并聯(lián)二極管靜/動(dòng)態(tài)參數(shù)對(duì)均流影響。這些影響包括IGBT的飽和壓降Vce(sat)、反并聯(lián)二極管的正向壓降Vf對(duì)靜態(tài)均流效果的影響;IGBT的跨導(dǎo)gfs和柵極-發(fā)射級(jí)閾值電壓Vge_th、反并聯(lián)二極管的反向恢復(fù)特性對(duì)動(dòng)態(tài)均流效果的影響。
在驅(qū)動(dòng)電路方面,并聯(lián)IGBT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓Vge的大小主要影響并聯(lián)IGBT的靜態(tài)均流,而門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變化率、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電阻Rg、驅(qū)動(dòng)線路的布局和感抗等參數(shù)則對(duì)并聯(lián)IGBT的動(dòng)態(tài)均流有很大的影響。因此我公司針對(duì)IGBT并聯(lián)開(kāi)發(fā)了的驅(qū)動(dòng)電路,確保IGBT并聯(lián)的實(shí)現(xiàn)。
在特大功率變頻器中,發(fā)熱功率密度遠(yuǎn)大于常規(guī)變頻器,采用常規(guī)的散熱結(jié)構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足高密度散熱的需要。為此我們采用特殊的散熱結(jié)構(gòu)及布局設(shè)計(jì),提高散熱功率密度,優(yōu)化熱場(chǎng)分布,以避免IGBT結(jié)溫過(guò)高導(dǎo)致器件損壞。
Honeywell 621-6550 開(kāi)關(guān)時(shí)在母排寄生電感上產(chǎn)生的尖峰電壓是造成IGBT損壞的一個(gè)主要原因。該電壓正比于工作電流、寄生電感、反比于IGBT動(dòng)作時(shí)間。由于IGBT動(dòng)作時(shí)間在不同電流下變化很小,在設(shè)備電流增大時(shí),尖峰電壓將隨之等比例增加。在電流較小時(shí),通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置吸收電容等方法就能夠有效地抑制尖峰電壓,但在電流很大時(shí),傳統(tǒng)的技術(shù)手段將不足以把尖峰電壓抑制在器件允許的范圍之內(nèi),需要對(duì)各相關(guān)部分進(jìn)行認(rèn)真、細(xì)致、科學(xué)的優(yōu)化。
針對(duì)以上問(wèn)題經(jīng)過(guò)多年的研究,目前公司的并聯(lián)型產(chǎn)品已大量應(yīng)用于客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng),并取得了良好的應(yīng)用記錄。
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