NPC器件选型

单相三电平关键器件的选型

NPC输入电压为不控整流得到的直流电压，约为540V；逆变器输出功率为3kW。系统的结构图如图1所示

图1 系统结构框图

1、整流桥：

三相整流电路桥参数计算，根据功率3kw计算，3000/1.732/380=4.5A，

也就是单相电流4.5A左右，那么适当的留有裕量，可以选择20A-30A左右

整流桥，选择艾赛斯公司型号为VUO28-12NO7的不控整流桥。

2、逆变器功率开关管选择：

开关管承受的最大电压应力为：

V CE=V dc=540/2=270V

取安全系数为2，则选取的开关管耐压值为540V。

流过开关管的最大峰值电流为：

I Lmax=P o v ab=3000∗√2220=19.285A

综合考虑采用650V/100A的英飞凌IGBT模块F3L100R07W2E3_B11。

3、直流侧电容选取：

从三电平特有的中点电位平衡问题入手设计电容，设流入中点电荷为Qo，则

Qo=�i0dt Ts0

每个开关周期内两个直流电容电压差为∆Vc，则中点储存的电荷为：

Qc=2C∆V C

则中点电位保持平衡的条件为流入流出中点电荷相等，即Qc=Q o，所以可得：

C=i Lmax2ω0∆V Cmax

ω0为中点电位波动的角频率，一般取角频率为基波角频率的3倍，∆V Cmax= (1.5%~3%)V dc

将相应的参数带入后可得电容取为：

C=560uF

电容承受电压为直流电压的一半，为270V，考虑1.3~1.5的裕量，则选取耐压值为450V。

综上，选取的电容为电解电容，参数为560uF/450V。

4、输出滤波器的设计：

基于无功容量最小的原则设计输出滤波器，取滤波器截止频率为1kHz，则滤波电感的表达式为：

L=�ω0U2ωff2+ω03U2ωff4 02=2mH

滤波电容的表达式为：

C=1ff2=12.665uF

结合实际中电容的固定参数和相应的仿真分析，最后选取的滤波器参数为：电感：1.2mH，电容：20uF/305V

5、传感器选型：

所需传感器个数及型号：

电压传感器：输入侧检测两个电容电压用传感器2个，采用的传感器为霍尔传感器，型号为QBV10/25A，

电流传感器：直流输入侧电流传感器一个，过流检测等需要；中点电位需要一个传感器用于检测中点的充放电过程；输出端滤波器前后各一个电流传感器，因此总共需4个传感器，型号选为QBC25C104

6、输入端接触器选型

延迟时间通常取0.3-0.5s，根据输出功率和逆变器整机效率，可以得出正常工作时直流侧电流大约为：

I=6A

所以选用接触器的型号为G5LE-1A 5VDC

7、反接保护

正常工作状态下，流过保险丝的电流大约为：

I Lmax=P o U∗98%=3000540∗98%=5.67A

因此选取二极管的额定电流为6A。而二极管承受的耐压值为540V；所以选取的二极管参数为600V/8A，型号为MUR860。

8、限流电阻

启动时，限流电阻电压为540V，根据相应的定律可得：

�I=U/R

I=C d U C t

设定启动时间在0.3~0.5s左右，则有：

R=U×t C×U C=1.5k

电阻功率为：200w

P=U2R=194.4W

因此选取的限流电阻参数为1.5k/200W。

9、均压电阻

选取的均压电阻阻值为2K，则电容放电时电阻上的功率为：

P=U C2R=36.45W

所以选取均压电阻的功率为50W；

电容与电阻构成的RC电路时间常数为：

τ=RC=1.12s

说明逆变桥臂停止工作时，电容电压经过1.12s时即可将电容电压放电至初始电压的0.367倍。属于可接受的范围。