中压igbt模块变频器用电力电子器件的比较

2021-04-02

20世纪80年代可关断晶闸管模块GTO的商品化推动了交流调速技术的发展,与SCR对比其属于自关断元件,因为取消了强迫换流线路,优化了在交流电力机车中大量选用的逆变器线路,近年来GTO的容量为6000A/6000V,在电力机车调速中大多选用(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线路和门极触发线路,用门极负电流脉冲关断GTO,其值接近其阳极电流量的1/3,如关断3000A/4000V的GTO,需750A的门极负脉冲电流,其门极触发线路要数个MOSFET并接的低电感线路,而相同的高压igbt模块仅需5A的导通和断开电流。

GTO的工作频率小于500Hz,以1500A/4500V的GTO为例,其开通时间为10μs,断开时间约需20μs。

硬驱动GTO(IGCT)是断开增益为1的GTO,GTO制作技术上是由数个小的GTO单元并接而成的,为解决断开GTO时非均匀断开和阴极电流收缩效用,减短断开时间,利用增加负门极电流上升率,在1μs内使负门极电流提升到阳极电流的幅度值而使GTO的门极-阴极快速恢复阻断。

将GTO外配MOSFET构成的门极驱动器组成IGCT,达到了场控晶闸管模块的作用,IGCT用的过程中要求开通和断开过程尽量短,现阶段IGCT的最高水平为4000A/6000V,IGCT断开过程中仍要di/dt缓冲器避免过压,IGCT以GTO为基础,其工作频率应在1kHz之下。
图112脉波二极管整流输入选用高压igbt模块的三电平MV设备
图2MV输出电压和輸出电流波形(典型的基波电流系数gi=99%)

随之关断水平和载流水平的提升 ,高压igbt模块以其自保护作用强,不用吸收线路而有着广阔的应用前景。

传承公司从2013年逐渐研发和使用低压igbt模块,在高压igbt模块的研发上也位于领先地位,以现阶段用作MV系列产品的1200A/3300Vigbt模块为例,其栅极发射极电压仅为15V,触发功率低,断开损耗小,di/dt、dv/dt都取得了有效控制,现阶段高压igbt模块的研发水平为(600~1200)A/6500V,其工作频率为(18~20)kHz。

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