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2.Honeywell 621-6550 功率柜及功率單元
Honeywell 621-6550 本系統變頻裝置的變流回路由功率單元串聯構成,每個功率單元采用二極管整流、電容平波、IGBT連成H橋輸出的電壓源結構,其主回路如上圖所示。
對于大功率變頻器而言,功率單元是設備的核心,也是需要重點解決的技術。
在大功率變頻器的設計過程中,zui關注的有兩個參數,一是電壓,二是電流。
1)電壓
對于多電平串聯的變頻器而言,系統電壓等級相同時,不管電機功率大小,采用的串聯級數是相同的。對于此設備而言,采用9級模塊串聯,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,既具有大電流、低飽和壓降,又具有高輸入阻抗、驅動簡單和開關頻率高等優(yōu)點,特別適合于中高頻、中大功率應用。
招標方壓縮機電動機的額定電流高,針對如此大電流,IGBT的選型非常關鍵。
由于單只IGBT芯片的通流能力有限,大功率產品通常采用IGBT并聯來提高輸出電流能力。IGBT本身具有正溫度系數,具有自均流能力,適合并聯:
為了保證此設備的可靠性,我們放大了設計裕量,電路上采用多只IGBT并聯,從而達到招標方的技術要求。
IGBT并聯時,主電路的結構會造成線路感抗差異,這些感抗的不同將嚴重影響IGBT的動態(tài)工作特性,為此公司研發(fā)了對稱型主電路結構,達到了良好的均流特性。
為實現并聯IGBT的動態(tài)均流和靜態(tài)均流,我公司并聯一起使用的 IGBT均選用同一批次,以降低不同IGBT及反并聯二極管靜/動態(tài)參數對均流影響。這些影響包括IGBT的飽和壓降Vce(sat)、反并聯二極管的正向壓降Vf對靜態(tài)均流效果的影響;IGBT的跨導gfs和柵極-發(fā)射級閾值電壓Vge_th、反并聯二極管的反向恢復特性對動態(tài)均流效果的影響。
在驅動電路方面,并聯IGBT的門極驅動電壓Vge的大小主要影響并聯IGBT的靜態(tài)均流,而門極驅動信號的變化率、門極驅動電阻Rg、驅動線路的布局和感抗等參數則對并聯IGBT的動態(tài)均流有很大的影響。因此我公司針對IGBT并聯開發(fā)了的驅動電路,確保IGBT并聯的實現。
在特大功率變頻器中,發(fā)熱功率密度遠大于常規(guī)變頻器,采用常規(guī)的散熱結構無法滿足高密度散熱的需要。為此我們采用特殊的散熱結構及布局設計,提高散熱功率密度,優(yōu)化熱場分布,以避免IGBT結溫過高導致器件損壞。
Honeywell 621-6550 開關時在母排寄生電感上產生的尖峰電壓是造成IGBT損壞的一個主要原因。該電壓正比于工作電流、寄生電感、反比于IGBT動作時間。由于IGBT動作時間在不同電流下變化很小,在設備電流增大時,尖峰電壓將隨之等比例增加。在電流較小時,通過簡單的設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,傳統的技術手段將不足以把尖峰電壓抑制在器件允許的范圍之內,需要對各相關部分進行認真、細致、科學的優(yōu)化。
針對以上問題經過多年的研究,目前公司的并聯型產品已大量應用于客戶現場,并取得了良好的應用記錄。
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