10kV高压变频器中IGBT串联均压的研究

交流调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。在交流调速方式中,变频调速以其优异的调速和起制动性能,高效率、高功率因数和节能效果,而被公认为最有发展前途的调速方式。然而,变频调速技术的发展始终与电力电子元器件的发展密不可分,每一次元器件的飞跃都会带动变频技术的迅速发展。 作为变频器主电路的核心,功率开关器件的选择尤为重要。由于IGBT具有输入阻抗高、工作速度快、通态压降低、载流能力强、易于驱动等优点,因而得到了广泛的应用,是一种比较理想的全控型器件。但是,目前单只IGBT器件的电压等级和电流容量还很有限,远远不能满足电力电子应用技术发展的需求。因此,要想实现IGBT的高压应用,研究IGBT串联应用技术,具有十分重要的意义。 本课题以10kV高压变频器为背景,对IGBT直接串联的均压问题进行了研究,设计并开发了一种均压控制电路,解决了目前由于单只IGBT有限的耐压值而使其不能在高压变频器中应用的问题。 本文首先对IGBT的结构、工作原理、基本特性、保护方法等方面作了叙述。之后,对影响IGBT串联运行的因素进行了分析,并对负载侧均压和栅极侧均压两种控制方案进行了比较,提出了一种栅极侧动态均压的控制方法。在此基础上,设计出了静态和动态均压控制电路,并建立了一个由两只IGBT串联组成的斩波仿真电路,通过模拟过电压失衡现象,得到了比较满意的仿真结果,验证了均压控制电路的可行性。 最后,搭建了一个由6只IGBT串联组成的高压斩波电路。实验结果表明,本文所设计的均压控制电路能有效地抑制IGBT串联电路在开通和关断瞬间产生的过电压失衡现象,解决了IGBT在10kV高压变频器中串联应用的问题。