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金沙易记域名:变频器和电力电子器件的发展、

发布时间:2018-10-22 16:02 来源:金沙易记域名4166am

  电力电子器件的发展经历了晶闸管(SCR)、可关断晶闸管(GTO)、大功率晶体管(GTR)、绝缘栅晶体管(IGBT)等阶段,目前,常压变频器基本上采用IGBT组成逆变电,中压变频器中由于电结构的不同,交—直—交变频器中逆变电基本上由高压IGBT、GTO、IGCT等组成,单元多电平变频器和中—低—中变频器型多采用低压IGBT构成。

  20世纪80年代可关断晶闸管GTO的商品化促进了交流调速技术的发展,与SCR相比其属于自关断器件,由于取消了换流电,简化了在交流电力机车中大量采用的逆变器电,目前GTO的容量为6000A/6000V,在电力机车调速中大多采用(3000~4000)A/4500V,中压变频器功率范围多在(300~3500)kW以内,属于较小的功率范围。GTO开关频率较低,需要结构复杂的缓冲电和门极触发电,用门极负电流脉冲关断GTO,其值接近其阳极电流的1/3,如关断3000A/4000V的GTO,需750A的门极负脉冲电流,其门极触发电需要多个MOSFET并联的低电感电,而同样的高压IGBT仅需5A的导通和关断电流。GTO的工作频率低于500Hz,以1500A/4500V的GTO为例,其开通时间为10μs,关断时间约需20μs。

  硬驱动GTO(IGCT)是关断增益为1的GTO,GTO制造工艺上是由多个小的GTO单元并联而成的,为解决关断GTO时非均匀关断和阴极电流收缩效应,缩短关断时间,利用增加负门极电流上升率,在1μs内使负门极电流上升到阳极电流的幅值而使GTO的门极-阴极迅速恢复阻断。将GTO外配MOSFET组成的门极驱动器组合成IGCT,实现了场控晶管的功能,IGCT使用过程中要求开通和关断过程尽可能短,目前IGCT的最高水平为4000A/6000V,IGCT关断过程中仍需要di/dt缓冲器以防过电压,IGCT以GTO为基础,其工作频率应在1kHz以下。

  随着关断能力和载流能力的提高,高压IGBT以其自功能强,无需吸收电而具有广阔的应用前景。西门子公司从1988年开始研制和应用低压IGBT,在高压IGBT的开发上也处于领先地位,以目前用于MV系列的1200A/3300VIGBT为例,其栅极发射极电压仅为15V,触率低,关断损耗小,di/dt、dv/dt都得到了有效控制,目前高压IGBT的研制水平为(600~1200)A/6500V,其工作频率为(18~20)kHz。

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