基于IGCT的大功率NPC逆变器设计仿真与分析

新的门极换流晶闸管IGCT(IntegratedGateCommutatedThyristor)器件,优化的系统设计以及三电平拓扑的应用使大功率逆变器得到巨大的发展。详细描述了1个5MV·A基于IGCT的中点箝拉式NPC(NeutralPointClamped)逆变器的设计、仿真和分析。该逆变器直流母线电压为5kV,使用的IGCT是4.5kV/4.0kA,无关断吸收电路。成本、可靠性和开关特性是此逆变器设计的主要准则。该逆变器在软件包PSIM下仿真,其中IGCT模型是在PSIM下实现的功能型模型,控制算法采用的是空间矢量脉宽调制SVPWM(SpaceVectorPulse鄄WidthModulation)算法。仿真结果中既有逆变器的系统性能,也有单个IGCT的暂态过程。通过仿真结果,详细分析了该逆变器主电路在SVPWM算法控制下的换流过程,重点分析了1个桥臂中各杂散电感位置和定义以及它们对换流过程的影响。最后给出优化的设计规则和方案。

IGCT的原理性电学模型与动态特性仿真

集成门极换向晶闸管(IGCT)因具有开关速度快、损耗低、容量大、导通管压降低等优越性能而正逐渐广泛地应用于中压大功率领域,但国内外仿真软件中尚无IGCT的器件仿真模型。为此根据IGCT的结构特点、工作原理、额定参数以及外总电学特性,应用两个Hu-Ki模型并联的优化模型及ORCAD建立了IGCT的原理性电学模型,给出了模型的电路图及元件参数,并应用该模型进行了IGCT的动态特性仿真与分析,给出了开通、关断电压和电流波形,关断功率脉冲波形,门极关断电压和电流波形。仿真结果显示仿真的IGCT器件关断时间2μs,关断能量约0.1J,关断时门极反向电流峰值25A,表现出明显的反向抽取作用,与实测波形保持了很好的一致性。该模型意义明确、描述准确、结构简单、仿真速度较快,且有一定的通用性,可用于IGCT器件与简单系统的仿真研究,为IGCT的选择应用、器件匹配与保护电路的设计提供研究手段与设计参考。

高压IGCT缓冲电路的仿真与实验研究

针对6kV/1000kW高压变频器中集成门极换流晶闸管I(ntegnated Gate Commutation Thyristor,简称IGCT)的串联缓冲电路进行了设计。在分析串联缓冲电路的同时,计算了吸收电容和吸收电阻的取值范围。而后,对缓冲电路进行了PSIM仿真和试验,通过仿真和试验波形的比较,验证了缓冲电路的工作效果。结果表明,吸收电容和吸收电阻的取值合适,能够对IGCT起到很好的保护。

新型高压大功率器件IGCT的建模与仿真

集成门极换向晶闸管(IGCT)是新型电力半导体开关,具有耐压高、电流大、开关频率高、开关损耗低等优越性能,尤其适用于高压大功率电力电子装置.目前通用电路仿真软件中还没有专门的IGCT仿真模型,不能满足可靠的仿真性能的要求.基于电力电子器件的物理现象,建立IGCT模型的方法有:功能模型法、电学模型法、集总电荷模型法和物理模型法等.对上述几种建模方法分别进行了仿真研究后,对比分析各模型开关动作过程和器件内部物理现象,比较它们之间的优缺点,分析出各种模型的适用范围.

非对称型GCT缓冲层的特性分析

通过分析非对称型门极换流晶闸管缓冲层的特性,提出了缓冲层结构的设计方法,根据该设计方法建立了门极换流晶闸管的结构模型,利用MED IC I软件对缓冲层的特性进行了模拟.模拟结果表明,引入缓冲层的GCT结构能够很好地调节阻断特性和通态特性,使GCT的综合特性得以优化.

大功率电力电子装置开关桥臂的实时仿真

在车辆电子开关控制优化设计的研究中,装甲车辆大功率电力电子装置高频电磁特性复杂、电磁兼容性差,采用现有的以理想开关器件为基础,不考虑开关管开关特性的电力电子装置的可信度不高。针对上述问题,采用分段插值法和查表法构建开关管器件级功能模型,反映器件动态开关过程,并依托FPGA的高速并行运算结构实现器件级功能模型的实时仿真。实验结果表明,上述实时仿真模型可信度高、真实性好。研究结果可为设计研制大功率电力电子装置提供技术支撑。

IGCT无吸收和串联工作电路仿真的新型有效的物理模型

文章讨论了用SaberMAST软件完成电路仿真,并精确计算集成门极换流晶闸管(IGCT)静态和动态性能的新物理模型。通过仿真结果与硬开关无吸收工作中4.5kV/3kAIGCT的试验结果的比较验证了该模型。此外,文章还分析了2个串联IGCT开关的仿真结果,特别是在忽略无吸收电路时器件特性和门极驱动存在的必然差别引起的关于开关之间阻断电压非均衡分布的问题。还给出了计算吸收容量的一种想法。