双极器件应用-株洲中车时代电气

双极器件应用指南
I
株洲中车时代电气股份有限公司半导体事业部
目
次
1 器件选型 ............................................................................ 1 2 器件的串联 .......................................................................... 2 3 器件的并联 .......................................................................... 3 4 器件的触发要求 ...................................................................... 4 5 器件的保护 .......................................................................... 4 6 散热器选型 .......................................................................... 5 7 压装力与压装力矩 .................................................................... 7 8 器件检测方法 ........................................................................ 9
Id C Ud L
L
主电路接线方式
Ud
Ud
M
-
桥臂电压有效值 U
2 √2cos θ
π
Ud
2 √2cos θ
π
Ud
√6 U π d 株洲中车时代电气股份有限公司半导体事业部
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注：其中，Ud为逆变桥直流输入电压值，Id为直流输入电流值，cos θ为功率因素。 1.2 三相交流调压电路 对于软启动电路 KP 器件选型。 1) 器件正反向峰值电压 VDRM 、VRRM ： 2) 考虑安全余量，器件正反向峰值电压VDRM 、VRRM一般选取器件实际承受峰值电压VM 的2~3倍，即 3) 器件通态平均电流IT(AV):假定某低压电机软启动，进线电压为U=380V，电机功率为P=220KW。由于 P = √3UI cos θ, 则电机额定电流有效值I = P⁄√3U cos θ， 若取功率因素cos θ = 0.8， 则I = 420A每 相由两只器件反并联，则流过每只器件的有效值为ITRMS = 210A换算为平均值，每只器件实际流 过电流平均值 IAV = ITRMS × VDRM = (2~3)VM = (2~3) × √2U线
选择 RC 参数时，应满足以下关系式： dic ⁄dt + diL ⁄dt < diVT⁄dt 式中： dic ⁄dt——RC 放电产生的di⁄dt，单位A⁄μs； diL ⁄dt——晶闸管回路的di⁄dt，单位A⁄μs； diVT⁄dt——器件的di⁄dt耐量，单位A⁄μs。 根据经验公式 C = K H ∙ IT × 10−3 μF Uc = (1.2~1.5)U
1 + cos α 2 × Ud0
0.45U2
0.9U2 1 + cos α × Ud0 2
1.17U2 cos α × Ud0
2.3 α × Ud0
表 2 常见电流型逆变电路
常见电流型逆变 电路
单向逆变并联谐振
单向逆变串联谐振
三相桥式逆变电路
Id C
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除了并联均压电阻， 一般还采用并联RC吸收回路来吸收开通和恢复过程中的瞬态过电压， RC回路如下 图所示：
R1 D1 C1
R2 D2 C2
图 2 RC 回路
式中：K H ——修正系数，取 0.2~0.4； IT ——器件额定工作电流，单位 A； U——器件额定工作电压，单位 V。 电容值一般选取 0.22~1μF，电容耐压值取器件工作电压的 1.2~1.5 倍；电阻值一般选取几十欧，电 阻功率取其消耗功率PR 的 2 倍： PR = 0.5f ∙ C ∙ U 2 × 10−6 (W) 式中：f——频率，单位：Hz； C——电容值，单位：μF； ——U——器件额定工作电压，单位：V。
式中，∑ U为串联器件电压之和；Um 为串联器件中最大电压值；n为串联器件数。 器件串联均压分为静态均压和动态均压两种情况。 1）静态均压（正向及反向阻断阶段）：在串联器件上并联阻值相等的电阻，称为均压电阻Rj，Rj远小 于器件漏电阻。
图 1 器件静态均压与动态均压
通常均压电阻的选择为： U πID 其中 U 为器件额定电压有效值；πID 可近似看作漏电流峰值。 均压电阻的功率选择为： Rj ≤ （0.1~0.25） PRj ≥ K（ UD 2 1 ） Rj n 其中UD为作用在原件上的峰值电压；N为串联的元件数；K为系数，直流为1，单向交流为0.25，三相 为0.45。 2）动态均压（在开通阶段与反向恢复阶段）： 共 10 页 第 2 页
II
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1 器件选型 1.1 整流电路与电流型逆变电路 表1和表2为常用的整流电路和电流型逆变电路接线方式以及其电压电流参数，应用中许多的电路均由 这些基本电路变换组合而成。
表 1 常见整流电路
常见整流电路
单向半波
单向桥式
三相半波
三相全控桥
双Y带平衡电抗 器
T
U2
T
U2 Ud
U2 T Ud
主电路接线方式
Ud
Ud
Ud
整流臂正反向峰值电压 整流臂正向电流平均值 空载直流输出电压平均 值Ud0 电阻或电感负载直流输 出电压平均值Ud
√2U2 Id
√2U2
1 I 2 d
√6U2
1 I 3 d
√6U2
1 I 3 d
√6U2
1 I 6 d
注：其中，U2 为主回路变压器二次相电压有效值，Ud 为直流输出电压值，Id 为直流输出电流值，Ud0 为空载直流输出电压值。
2 √2 = 190A π 由于器件时短时间工作，考虑到启动过程电流过载倍数4~5倍，可以选取通态平均电流1000A或更大电 流的器件。 2 器件的串联 串联电路中，器件的漏电流差异会引起器件电压分配不均。通常用均压系数来表示串联器件电压的分 配均匀程度。其定义为： KU = � U�(n × Um )