IGCTs──用于中电压下的兆瓦级功率开关

介绍新型功率开关IGCT（集成门极换向晶闸管）的研制过程及其在中电压应用中的优点，并列举了现有的几种IGCT应用技术。

双芯IGCT浪涌电流鲁棒性研究

作为晶闸管类器件,双芯集成门极换流晶闸管(Dual IGCT)必须具备的抗浪涌电流能力研究鲜见报道。基于多单元集成的器件仿真结构模型,揭示了Dual IGCT在浪涌电流下工作时,总电流在GCT-A部分和GCT-B部分间的分配比例会随晶格温度升高而减小。在此基础上,分析了寿命控制技术对Dual IGCT浪涌鲁棒性的影响。结果表明,增大GCT-B的载流子寿命可以提高器件的浪涌鲁棒性,但同时会增大器件的功耗;而在对GCT-B进行载流子寿命控制时,引入具有较大寿命对温度依赖系数的复合中心,可以有效提高Dual IGCT浪涌电流鲁棒性,同时不影响器件的其他性能。最后,提出了一种工艺成本较低的阳极短路Dual IGCT新结构,其在浪涌电流下的晶格温升与传统的Dual IGCT相比大幅减小(约150 K),呈现出极高的抗浪涌能力。

基于逆阻型IGCT器件的固态式直流断路器设计及研制

直流系统是支撑高比例新能源接入与灵活高效用能的重要技术方向。固态式直流断路器(solid state DC circuit breaker,SSCB)具有开断速度极快、无电弧、寿命长等优点,在中低压直流系统的故障保护中得到广泛应用。随着电力电子器件的发展,固态式直流断路器的拓扑结构、工作性能也在不断进步。为此基于逆阻型集成门极换流晶闸管(intergated gate commutate thyristor,IGCT),提出了一种新型的固态式直流断路器结构及设计方法,通流支路采用逆阻IGCT反并联结构实现双向通流,缓冲支路采用金属氧化物避雷器(metal oxide varistor,MOV)-电容结构来抑制过电压,吸能支路采用MOV吸收系统能量。进一步地,给出了关键元器件的参数设计方法,并验证了有效性;设计了性能良好的重力热管散热器,单个模块散热功率可达700 W;提出了主被动结合的控保策略,提高断路器的保护性能。最后,研制了固态式直流断路器样机,可用于750 V以内的低压直流系统,额定通流可达2 kA,可在百微秒内开断10 kA故障电流,成本低、体积小、高可靠,具有良好的应用前景。

IGCT过应力关断下动态雪崩诱发的电压自箝位效应

作为高压功率器件,集成门极换流晶闸管(IGCT)关断过程中必然发生的动态雪崩效应是限制器件反偏安全工作区(RBSOA)的重要因素。通过建立能更好地反映电流集中效应的多单元仿真结构模型,对IGCT过应力条件下的关断特性进行了仿真,发现了一种与开关自箝位模式(SSCM)非常相似的电压自箝位效应。然而,与SSCM不同的是,这种自箝位效应是由动态雪崩效应诱发的。在强烈的动态雪崩下,雪崩产生的载流子与被移除的载流子达到了动态平衡,耗尽区电场无法展宽导致了电压箝位。由于自箝位期间雪崩产生的电流丝无法快速移动,器件极易因局部过热而损毁。并且,随着器件电流增益的增大,这种效应更容易发生。研究结果可为IGCT提供更清晰的RBSOA。

浅谈IGCT在干熄焦中压变频器中的应用

介绍了IGCT(集成门极换流晶闸管)的特点及工作原理,结合炼焦干熄焦循环风机中压变频器,对比IGCT和IGBT技术,对IGCT在中压变频技术中的应用进行了详细说明,对掌握更多的IGCT维护知识有着积极的作用。

西门子水冷SM150中压变频器深度维护介绍

变频器深度维护是提高变频器可靠性,降低维护成本和维修费用,延长变频器使用寿命,减少意外停机的主要措施。其主要内容是检查变频器目前运行状态,对变频器进行清洁,对内部线路器件进行检测和紧固。发现设备运行隐患,这些隐患既包括变频器本身器件可能存在的一些技术性能的降低、老化,也包括因设备运行环境的原因,可能对运行产生的影响,通过深度维护发现隐患并加以预防或改进。

一种基于IGCT的地面自动过分相方案及其电压切换控制策略研究

针对传统基于晶闸管的地面自动过分相系统中电力机车仍存在毫秒级的失电时间且可能面临励磁涌流的问题,提出一种基于集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)的地面自动过分相方案,采用IGCT取代晶闸管阀组进行中性区电压切换,实现开关开通和关断时间的完全可控。进一步基于磁链分析,以中性区电压切换后电力机车主变压器不产生磁偏为控制目标提出不同供电臂相位差情况下基于IGCT的地面自动过分相方案的电压切换控制策略,并搭接仿真模型对其工作效果进行验证。仿真结果表明,所提方案可以将列车的失电时间进一步缩短至几百微秒且有效避免电力机车主变压器的励磁涌流,减小电分相对列车运行的影响。

变流器辅助换流的柔性切换开关拓扑与控制

分布式新能源渗透率的快速提高,在提升配电网灵活性的同时也加大了其运行调控难度。为此,文中提出一种新型配电网柔性切换开关设备,开关由集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)与并联电压型变流器组成,其中针对并联电压型变流器采取虚拟同步发电机控制,可实现负载在不同馈线间的平稳切换。文中首先将所提柔性切换开关与柔性多状态开关及机械开关的主要特征进行比较;然后,分析柔性切换开关在故障前、故障中和故障后的工作模式,并研究在3种工作模式间进行柔性切换时的切换逻辑;最后,通过基于RT-Lab的控制在环实验模拟开关在不同馈线间切换的过程,获得不同工作模式下和柔性切换过程中的电压电流波形。实验结果表明柔性切换开关具有短时电压支撑能力,在不同馈线间切换的过程中不产生电压电流冲击。

双断口直流断路器的仿真与试验研究

常规电流注入式直流断路器采用快速真空开关并联包含IGCT的电力电子组件,来实现断路器额定电流与短路电流开断的任务。针对单断口直流断路器,在额定电流开断过程中,快速真空开关断口电流自然转移至IGCT电力电子组件存在换流失败现象,以及大短路电流开断工况下,快速真空开关断口存在一定概率出现电弧重燃现象,提出由两台快速真空开关串联的设计方式形成双断口直流断路器的改进方案,并对两台快速真空开关影响开断性能的主要参数进行边界能力分析。通过仿真与实验验证,双断口直流断路器可以有效消除换流失败与电弧重燃现象,从而提高断路器的可靠性以及工程实际应用的可行性。

高功率聚变磁体电源桥臂直通故障分析及仿真

高功率聚变磁体电源采用三电平中点钳位型(NPC)电压源变流器(VSC)拓扑,在变流器桥臂直通故障情况下,其直流侧电容的充放电使故障暂态过程较为复杂,为变流器故障分析带来挑战。针对这一问题,以3kV、6kA三电平IGCT大功率VSC为背景,建立了桥臂直通故障暂态等效数学模型。将整个故障过程分为直流侧电容放电和二极管导通两个阶段,详细分析了该故障情况下电压及电流的变化趋势,为后期保护方案的设计奠定基础。Matlab仿真结果表明了该分析方法的可靠性。

6英寸IGCT器件紧固力的适应性研究

IGCT作为一种高功率等级的全控型压接器件,随着器件直径扩大及应用串压级数增加,紧固力的设计至关重要。文章以6英寸6 000 A/4 500 V逆阻型IGCT器件为例,分析紧固力不均造成的器件性能影响,并优化IGCT阴极梳条局部跨距和采用边缘门极结构设计。试验结果表明,优化设计的器件在额定紧固力范围内不再出现门阴极性能异常,且紧固力适应性提升20%以上。

一种IGCT三电平变流器极限功率试验方法

提出一种可以评估大容量IGCT三电平变流器极限功率输出能力的测试方法。基于同步对称PWM调制及温度估计模型进行IGCT三电平变流器功率实验,可测试不同负载功率因数下、可逆运行下的设备容量,实现对功率器件温升的准确评估。该方法采用PWM脉宽实时调节的方式改变负载电感两端电压差,相比于一般同步调制方法直接改变查表角度或查表电压的方式,进一步减小了电流纹波,使测试电流更贴近实际情况。

基于IGCT控制模块用有源晶振上电稳定性研究

本文重点研究晶振的测试方法及优化晶振电路的设计方案。利用稳定的测试系统采集波形,正确的分析方法判别风险,合理的设计方案优化电路,最终解决了模块提前启动或者不启动的异常,同时提升了IGCT控制模块的可靠性和稳定性。

基于IGCT的高压三电平变频器失效机理及保护策略

在分析了三电平变频器拓扑结构特点和IGCT结构特性的基础上,讨论了基于IGCT的高压三电平变频器失效机理及保护策略,提出了针对IGCT的全保护概念。对其安全运行区域进行了详尽的分析,结合实例给出定量的安全区域设计原则和相应的保护措施。

IGCT和IEGT——适用于STATCOM的新型大功率开关器件

硬驱动概念的出现极大地改进了门极可关断晶闸管 (GTO)的关断性能 ,并导致了集成门极换向型晶闸管 (IGCT)的出现。IGCT在 GTO技术的基础上 ,采用新技术集成了硬驱动门极驱动电路及反并联二极管 ,使器件不需关断吸收电路、可靠性更高、工作频率更高 ,易于串联工作。电子注入增强门极晶体管 (IEGT)是东芝公司于 1 993年开发出的新一代电力电子器件。它具有通态压降低、门极驱动简单、开关损耗小、串联运行容易等诸多优点。 IGCT和 IEGT将逐步取代 GTO广泛应用于中等电压大容量变流器中。文中简要地介绍了 IGCT和 IEGT的基本结构、工作原理、性能比较 ,以及在静止补偿器和逆变器中的应用情况。

7.5MVA大功率三电平IGCT交-直-交变流器

大功率三电平交-直-交变流器由于具有优良的性能,得到越来越广泛的应用。本文首先介绍了7.5MVA大功率三电平IGCT交-直-交变流器的结构和控制系统,然后对IGCT元件试验、变流器系统仿真及试验等进行介绍。试验结果表明,该变流器达到了设计要求,具有良好的性能。

最小脉宽特性对高压三电平变频器的影响

最小脉宽,即单个开关器件的最小导通和关断时间,在高压大容量变频调速系统运行过程中至关重要。本文通过仿真和基于IGCT的1.25MW/6000V三电平变频器上进行试验,对最小脉宽对大容量变频调速系统起动和稳态运行的影响进行了较为全面的评估,并在此基础上提出了相间最小脉宽的概念,既保证了单管最小脉宽,又在开关动作之间留有适当间隙。最后分析了最小脉宽与起动电流、稳态电流以及转矩脉动之间的关系,对大容量变频调速系统的安全运行有十分重要的指导意义。仿真和试验均验证了上述分析的正确性。

用于大功率变流器的IGCT功能型模型(英文)

IGCT(集成门极换流晶闸管)由于其优越的性能在中压大功率变换器领域中正逐渐得到广泛应用。该文描述了一种适用于高压大功率变流仿真和计算机设计的IGCT功能型模型,该模型是依据IGCT的主要外部物理特性,在PSIM软件包下建立的等效电路。此模型的主要特点就是计算速度快,参数求解简单。该文详细描述了该模型的等效原理和模型构成,并根据IGCT—5SHX08F4502给出了模型主要参数。仿真和实验结果对比表明该模型具有一定的实用性。

4000A/4500V系列IGCT器件驱动电路

IGCT是一种新型大功率电力电子器件,其开关控制必须依靠集成门极驱动电路实现。文章首先对IGCT的驱动技术进行了研究,阐述了IGCT开关控制所涉及的硬驱动和门极换流等关键问题。在此基础上,文章完成了4000A/4500V不对称型IGCT器件集成门极驱动电路开发,并通过实验对IGCT驱动技术以及电路设计方案进行了检验,相关技术能够满足4000A/4500V系列IGCT器件驱动的要求。

基于IGCT串联的三电平高压变频器直流环节研究

将IGCT串联技术应用于中性点箝位型三电平高压大功率变频器,研究了变频器直流环节(包括限流电感、箝位电容及限流电阻)对变频器安全运行的影响。通过分析三电平结构的开关暂态过程,建立了变频器暂态开关数学模型,并设计了直流环节部分的限流电抗。在综合考虑三电平的开关过程、直流限流电感的大小及IGCT过压能力的基础上,研究了直流箝位电容对变频器逆变侧持续性直流电压的影响,并推导了直流箝位电容及限流电阻的设计要求。基于PDPWM调制方式,分析了限流电阻对死区时间、最小脉宽及开关频率对开通及关断di/dt的影响,并基于IGCT5SHX14H4502文中设计了6kV、2.5MW二极管箝位型三电平中压变频器直流环节,并通过了6kV高压试验的检验,仿真结果验证了所选参数的有效性。