高压变频器中IGBT模块的选择及计算分析free

1 高压变频器中 IGBT模块的选择及计算分析 The Option and Analysis of IGBT Modular in High Voltage Inverter 吴加林（成都佳灵电气制造有限公司 四川 成都 610043） Wu jialin (Chengdu Jialing Electric manufacture corporation Chengdu city Sichuan 610043) 摘 要：本文阐述了目前变频器应用中常用的几种模块，如 IGCT、IEGT、GTO、IGBT。通过计算分析比较，得 出 IGBT 是目前性价比较好的器件。 关键词：IGBT模块 计算 分析 Abstract：This paper elaborates some kinds of present module that frequency converter uses frequently in application, if IGCT, IEGT, GTO, IGBT. Through calculating analysis to compare, reaching IGBT is presently price to compare good device. Keywords：IGBT modular Calculate Analysis 1、概述 由于我国元器件工业落后，还不能生产高压 IGBT，西方国家仍对中国实行技术封锁。比如 6500V IGBT 仍不向中 国出口，且不论其价格不菲。在直接串联技术选用什么样的功率开关器件对决定变频器的性价比至关重要。 目前可选的器件有好几种，如 IGCT、IEGT、GTO、IGBT，而 IGBT 则又分为 1700V，3300V，6500V。而各器件 厂家都宣称自己的器件最好。到底选哪一种器件，其性价比较好，让我们进行一些具体比较，比较的依据为各厂家产品 样本所列的技术参数。 2、几种常用的功率器件 变频器向前发展，一直是随着电力电子器件的发展而发展。只要电力电子器件有了新的飞跃，变频器就一定有个 新飞跃，必定有新的变频器出现。在 20世纪 50年代出现了硅晶闸管(SCR)；60年代出现可关断晶闸管(GTO晶闸管)； 70年代出现了高功率晶体管(GTR)和功率场效应管(MOSFET)；80年代相继出现了绝缘栅双极功率晶体管(IGBT)以及门 控晶闸管(IGCT)和电力加强注入型绝缘栅极晶体管（IEGT），90年代出现智能功率模块(IPM)。由于这些元器件的出现， 相应出现了以这些逆变器件为主的变频器，反过来，变频器要求逆变器件有个理想的静态特性：在阻断状态时，能承受 高电压；在导通状态时，能大电流通过和低的导通压降，损耗小，发热量小；在开关状态转换时，具有短的开、关时间， 即开关频率高，而且能承受高的 du/dt；全控功能，寿命长、结构紧凑、体积小等特点，当然还要求成本低。上述这些 电力电子器件有些是满足部分要求，有些是逐步向这个方向发展，达到完善的要求，特别是中（高）压变频器更需要耐 压高的元器件。 3、模块选择分析 3.1 相关定义及 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 我们以 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 一台中压变频器为例，直流工作电压为 3600V，。设电机功率因数为 0.8，载波频率为 3kHz，输出频率 为 50Hz，采用下列公式分别用不同功率开关器件构成变频器的一个开关组件的指标进行估算。以 400A 的峰值电流 Icp 计算，采用下列估算公式： 1. 稳定功耗 Pss=ICPUce(sat) ò p p 02 1 sin2x dx x 2 )sin(1 q-+ =IcpUce(sat)[ q p cos) 38 1 ( D + ] 2. 开关功耗 Psw=（Esw(on) +Esw(off)） xdxsin 2 1 0ò p p =（Esw(on)+Esw(off)）Fsw p 1 3. 总功耗 Pc=Pss+Psw 式中 Esw(on)——每一个脉冲对应的 IGBT 开通能量(Tj=125 ℃；峰值电流Icp条件下)； 2 Esw(off)——每个脉冲对应的 IGBT 关断能量（Tj=125 ℃；峰值电流Icp条件下）； Psw——变频器每臂的 PWM 开关功率 Icp——正弦输出电流的峰值（通常 Icp=Iep） Uce（sat）——IGBT 的饱和电压降（Tj=125 ℃；峰值电流Icp条件下）； D——PWM 信号占空比； q——输出电压与电流之间的相位角（功率因数= qcos ） 将 D取 0.5，则得出 稳定功耗 Pss=IcpUce（sat）Î0.1425 =0.1425ÎIcpUce（sat） 开关功耗 Psw=（Esw(on)+ Esw(off)） =955.4Î（Esw(on)+Esw(off)） 总功耗 Pc=Pss+Psw 3.2 IGBT模块计算分析 首先以 1700V、3300V、6500V的 IGBT 进行比较。为使中压变频器达到 3600V的工作电压，需用 4只 1 700V的 管子串联，或者需 2只 3300V的管子串联，6500V的管子不串联。 （1）用 4只 1700V管子串联，型号为 FZ400R17E3，其相关技术数据如下： Uce（sat）=2.4V Esw(on) =150mJ Esw(off)=125mJ Pss=0.1425Î400Î2.4Î4=547.2W Psw=955.4Î（Esw(on)+Esw(off)Î4 =955.4Î（0.15+0.125）Î4=1050W 则 P c1=Pss+Psw=547.2+1050=1597W （2）用 2只 3300V IGBT 串联，型号为 FF400R33KF2，其相关技术数据如下： Uce（sat）=2.8V Esw(on)=960mJ Esw(off )=510mJ 则 Psw=955.4Î（Esw(on)+Esw(off)）Î2 =955.4Î（0.91+0.51）Î2=2808W Pss=0.1425Î400Î2.8Î2=319W Pc2=Pss+Psw=319+2808=3127W （3）用 1只 6500V的 IGBT，型号为 FZ400R65KF1，其相关技术数据如下： Uce（sat）=3.9V Esw(on)=4J Esw(off )=2.3J 则 Pss=0.1425Î400Î3.9=222W Psw=955.4Î（4+2.3）=6019W Pc3=Pss+Psw=222+6019=6241W 3.3 IEGT模块计算分析 将 IEGT与 1700V IGBT 进行比较，其他条件不变。IEGT 我们选择 ST750GXH21型号，其相关技术数据如下： 3 Icp=750A Uce=4.5V Ucc=2400V Esw(on)=2.5J Esw(off )=3J 则 Pss=0.1425ÎIcpÎUce（sat） =0.1425Î750Î4.5=481W Psw=955.4Î（Esw(on)+ Esw(off)） =955.4Î（2.5+3）=5255W P c4=Pss+Psw=481+5255=5736W 因其工作电压 Ucc=2700V，则用 3只 FZ400R17E3串联后两串再并联。 计算后功耗为： P c5=2396W 4 结论 IGCT 的情况比 6500V IGBT 或 IEGT 效果更差，这里不再对 IGCT 进行比较。 现在将上述计算结果进行对比，在完成完全相同的任务时，以 1700V的 IGBT 器件为基准，不同电压等级的器件消 耗的功率之比率如下： 1700V IGBT Pc1/Pc1=1597÷1597=1 3300V IGBT Pc2/Pc1=3127÷1597=2 6500V IGBT Pc3/Pc1=6241÷1597=3.9 4500V IEGT Pc4/Pc5=5736÷2396=2.39 从上述计算中，可以看出用 1700V的 IGBT 串联，有特别明显的优势： 1、在相同的损耗下，低压 IGBT 可以获得更高的开关频率，从而获得更好的输出电压波形。反之，其他器件开关 损耗大了，散热成了大问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，解决办法只有降低开关频率，这必然带来波形变差，性能下降。 2、1700V IGBT，批量生产技术成熟，质量可靠，货源充分，国内自行开发难度较低，不受制于人，特别是用于军 事上时。 3、价格对比更是巨大。 参考文献 1 吴忠智，吴加林 变频器应用手册（第 2版）[M] 机械工业出版社 2002年 2 吴忠智，吴加林 中（高）压大功率变频器应用手册[M] 机械工业出版社 2003年 吴加林简介 吴加林(1953——)，男，大学毕业。中国变频技术开拓者，享受政府津贴的变频技术专家，中国优秀民营企业家，成都 佳灵电气制造有限公司总裁。多项国家火炬计划项目及国家重点创新项目的负责人。在中（高）压变频器领域及电机调 速控制理论方面有突破性的研究，拥有三十多项专利，在国内外发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 论文数十篇，专著多本。 1