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功率大的变流器系统软件H桥低感层叠母线排设计方案

2020.08.31

对于80KVA/400A变流器H桥母线排的设计方案规定,应用ANSOFTMAXWELL有限元手机软件较为了不一样设计原理下杂散电感器主要参数的转变,并明确提出了一种新式的提升母线排构造,较少了IGBT控制模块的关闭过冲工作电压,并提升了高频率电流量的遍布。根据模拟仿真和试验各自确认了新式母线排的优良检测結果,末尾得出了体系结构和试验波型。

功率大的变流器已经被愈来愈普遍的运用,其所应用的IGBT愈来愈短的定时开关造成 了过高的du/dt和di/dt,这就造成 了遍布杂散电感器对电力电子器件关闭特点有更关键的危害。层叠铜排技术性能够 合理抑止IGBT的过压顶端[1-2]。

近些年直流电母线排的科学研究关键有两个方位。

(1)因为电源开关頻率愈来愈高,母线排的高频率实体模型越来越影响力十分关键。在参考文献[3-5]等毕业论文中,都明确提出了直流电母线排的高频率实体模型,可是这种文章内容都选用了较小规格元器件可用的PEEC方式,根据创建等效电路获得母线排的高频率实体模型,所获得的母线排实体模型运用范畴较为狭小,并且欠缺工程项目应用性。

(2)更改母线排样子以完成低电感器。参考文献[6]中选用给目前母线排除细长形空缺的方式以更改电流流向,但其降低铜排电感器的可信性非常值得猜疑,由于母线排内的孔眼导致的涡流损耗和电流量遍布不匀很有可能反倒会提升母线排的电感器。

文中坚持实事求是,对于80KVA/400A变流系统软件H桥母线排明确提出一种新的可靠性设计计划方案,从IGBT合理布局、铜排总体设计、缓存消化吸收电源电路挑选等层面多方位确保铜排电感器主要参数做到很好,在具体运用中有非常好的可行性分析和可信性。

IGBT串联均流设计方案

伴随着销售市场对万千瓦级功率大的变流器要求的猛增,现阶段IGBT串联计划方案已变成一种发展趋势。由于IGBT串联可以出示高些的电流强度、匀称的热遍布、灵便合理布局及其较高的性价比高(这在于元器件及种类)。根据将小输出功率IGBT控制模块(包含分立式IGBT)、功率大的IGBT控制模块开展串联组成,可得到不一样额定电压的等效电路控制模块,并且完成串联的接口方式也形式多样。以高压变频器中普遍选用的H桥网络拓扑结构输出功率模块为例子,其串联完成可以用不一样电源电路构造的IGBT控制模块,如半桥“ff”、单独“fz”、四模块“f4”和六模块“fs”,如图所示1所显示。串联可减少控制模块热集中化,使其得到更为匀称的温度场遍布,较低的均值热管散热器溫度,这有利于提升热力循环周次。因而,IGBT串联是功率大的设计方案运用的很好解决方法之一。

殊不知,串联IGBT中间静态数据与动态性特性的差别会危害均流,促使輸出电流量迫不得已被调额。并且电流量遍布不匀称会造成 杂散电感器主要参数扩大,因为直流电阶段的杂散电感器,在IGBT关闭时候出現过压,很有可能造成 控制模块毁坏。从均流视角层面,串联设计方案优劣对调额起至关重要的功效,且远高于IGBT本身主要参数差异所造成的难题。因而,串联应关键考虑到怎样根据设计方案保证均流。参考文献[7]表明了危害IGBT均流的五个关键要素。串联设计方案应当集中化在这种要素上边以提升驱动器控制回路、输出功率换流控制回路、控制模块合理布局及其制冷标准等,其目地是保证每一个串联环路尽量完成对称性。

母线排低电感器总体设计

层叠母线排构造

由邻近效应基本原理得知,某一电导体的高频率电流量在相邻的电导体层会产生辐射源影响电流量。针对两层接地铜排,当电流源途径与地平面图相互之间层叠并使间隔考虑电缆护套薄厚远低于铜排总宽时,高频率电流量将关键遍布在二块接地铜排相邻近的2个內部平面图上,一部分高频率电磁场能够 互相相抵,等同于等效电路减少了控制回路电感器[8]。层叠母线排与平行面母线排电感器尺寸较为如图2所显示。

电流量途径设计方案

假如联接路线和元器件组成一个“控制回路””,即如图所示3上边一部分所显示控制回路。换流回道上累加的各感应电压可能和直流电母线工作电压一起加在电力电子器件上,造成关闭工作电压顶端。顶端过高很有可能导致元器件过电压穿透、扩大开关损耗、加重共模干扰,乃至产生局放的风险。因而,在母线排总体设计中,应当尽量减少控制回路或是维持电流量控制回路交叉式。

电容器分配设计方案

功率大的器中遍布杂散电感器的抑止离不了缓存电容器和电解电容器,出自于成本费考虑到,一般采用电解电容器支撑点母线交流电压。因为其抗压级别低,应该很多串联和并联,电ji连接线道上的杂散电感器会导致各串联电容器间高频率电流量遍布不匀称,间距电力电子器件较近的电容器会承担高过额定电流的电流量而大幅度发烫,因而这二者是工业工程专业运用中的关键难题。在电容器总体设计中,关键影响因素有三个层面,分别是:电容器接线端子设计方案方位、桥式整流总体设计。图16各自准确测量了不一样电容器接线端子设计方案电感器的值,图5得出了典型性方案设计和流行低电感器方案设计中桥式整流方法的不一样。从图上能够 得到那样的结果,电容器接线端子的方位对电感器有很大危害,而电容器选用无环路串连方法能够 巨大的减少铜排电感器。图6得出了电容器接线端子设计方案优良时铜排电流量的有限元,由图能够 看得出在母线排表层电流量遍布十分匀称,等效电路功效减少了电感器。

提升后铜排模拟仿真与试验結果

有限元软件剖析結果

图7为具体提升后应用的H桥母线排构造,在充分考虑电流量途径和电容器接线端子方位以及他提升方法后,应用有限元手机软件ANSOFT对其表层电流量遍布开展了模拟仿真。模拟仿真結果如图所示8所显示。由图上能够 看得出,除母线排除孔处因为涡流效应造成 的电流量遍布不匀称之外,全部母线排的电流量遍布较为匀称,从而导致的杂散电感器历经有限元软件立即获取結果为21nH,能够 考虑工业生产规定。

试验认证結果

这节关键根据试验开展典型性合理布局下的母线排IGBT过压波型与选用提升后合理布局(如图所示9)的较为。试验应用80KVA/400V变流器系统软件。图10和图11为试验获得的IGBT过压波型,在其中图11为选用典型性合理布局的H桥母线排中测得的IGBT过压波型,图12为选用提升后合理布局的母线排中测得的IGBT过压波型。由图上能够 看得出新式母结果

文中以80KVA/400A变流器系统软件为例子,设计方案了一种新式的层叠铜排,获得了下列结果。

(1)新式层叠母线的运用促使各元器件具备优良的关闭特点,能够 降低消化吸收电容器的应用数量,变小系统软件容积,具备优良的电磁兼容测试特点。

(2)层叠母线的合理布局中应留意电流量途径、电容器接线端子合理布局等难题,能够 合理的降低杂散电感器,提升系统软件的抑止过压工作能力。

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