三相IGBT逆变器中的尖峰电压分析

器示 意 图
利 用 两 种 不 同类 型 的 母 线 排 验 证 所 提 出分 析
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第４ ４卷 第 ｌ Ｏ期
２ ０年 １ ０１ Ｏ月
电 力 电 子技 术
Ｐ ｗｅ ｅ ｔ ｎｃ ｏ ｒ Ｅｌｃ ｒ ｉｓ ｏ
Ｖｏ ．４．Ｎｏ １ １ ４ ．０ ０ｃｏ ｅ ０ ０ ｔｂ ｒ２ １
频 率 以上 时 基本 不 随 频率 变 化 ． 逆变 器 中尖 峰 电 而
压 振 荡频 率 大 于 １ ＭＨｚ 因此 可 使用 ｌ ｚ下提 取 ． ＭＨ 的杂 散 电感 用 在 对逆 变 器 的尖 峰 电压 分 析 中。
由于 母 线 排 结 构 较 复 杂 ，很 难 直 接 测 量 其 各
件 。 成系统瘫痪『 造 ｌ １ 。
与 普 通 线 缆 相 比 ， 线 排 的 杂 散 电感 更 小 ， 母 故
被 广 泛 应 用 在 大 功 率 电 力 电子 装 置 中【。 母 线 排 杂 散 电感 是 逆 变 器 中杂 散 电感 的 主 要 来 源 。 目前 主 要 有 限元 法 及 部 分 元 等 效 电路 法 两 种 建 模 方 法 提 取 母 线 排 杂 散 参 数 。前 者 相 比 后 者 应 用 范 围更
尖 峰 电 压 在 峰 值 和 波 形 上 都 具 有 良好 的 符 合 度 ， 明 该 方 法 能 够 较 准 确 地 分 析 和 预 测 逆 变 器 中 的尖 峰 电 压 。 表 关 键 词 ： 变 器 ；尖 峰 电压 ；母 线 排 ；杂 散 电感 逆 中图 分 类 号 ：Ｍ ６ Ｔ ４４ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ １ ０ ２ １ ）０ ０ ９ 一 ３ １０ — ０ Ｘ（０ ０ １— ０ １ Ｏ
方 法 的准 确 性 ， 图 ２所 示 。 ｙ ｅＩ是一 种 简单 结 如 Ｔ ｐ 构 母 线 排 ， 有 较 小 的 杂 散 电感 ， Ｔ ｐ 具 而 ｙｅⅡ是 一 种 复 杂 结 构 母线 排 ， 有 较 大 的杂 散 电感 。 具
Ｔ．，， 。 ．． ， 。 ． ． 。 ． ． ． ，
将 Ｐ极 和 Ｎ 极 母 线 排 在 Ａ 处 连 接 ． 过 仿 真 通
提 取 不 同频 率 下 Ｗ ＋ Ｗ一 级 之 间 的母 线 排 杂 与 两
散 参 数 ， 与 实 测 结 果进 行 比较 。 虑 到 高频 下 电 并 考
流 分布 具有 趋肤 效 应 ， 计 算 中使 用 了表 面 阻抗 边 在
ｐ ａｅＩ Ｂ ｖｒ ｒ ａｅｍ ｄ ｌ ｉ ｅＪ Ｇ ｓｆ ａｅｗ ｉｈｉ ｂ ｓｄｏ ｅｆ ｉ ｌｍ ｎ ｎｌｓ （ Ｅ ｈｓ Ｇ Ｔ ｉ ｅｔ ｓ ｒ ｏ ｅ ｄｗｔ ｔ ＭＡ ｏ ｗ ｒ ， ｈｃ ａｅ ｎｔ ｎｔ ｅｅ ｅｔａａ ｉ Ｆ Ａ）ｍ ｔｏ ． ｎ ｅ ｅ ｈｈ ｔ ｓ ｈ ｉ ｅ ｙｓ ｅ ｄ ｈ
２ Ｎ ｇ ｙ ＆ ｅ ｔｒ ． ａ ｏ ａ Ｒ Ｄ Ｃ ｎｅ ，Ｍｉ ｕ ｉ ｉ ｅ ｖ ｎ ｕｔ ｅ ｔ ． ａ ｏ ａ ４ ３ ５ ５ ａ ａ ） ｔ ｂｓ ａ ｙ Ｉ ｄ ｓｒ ｓＬ ｄ ，Ｎ ｇ ｙ ５ ８ １ ，Ｊｐ ｎ ｓ ｈ Ｈ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｐ ｒ ｓ ｉ ｎ ｕ ｔ ｎ ｅ ｏ ｈ ｕ ｂ ｒ ａ ｄ ｌ ｒ ｅ ｉｄ ｕ ｉ ｇ ｓ ｔｈ ｎ ｒ ｃ ｓ ａ ｓ ｅ ｉ ｕ ｕ ｇ ｏｔ ｇ ｎ ｓ ｒ ｃ ： ａａ ｉ ｃ ｄ ｃａ ｃ ｆ ｔ ｅ ｂ ｓ ａ ｎ ａ ｇ ｄ／ ｔ ｄ ｒｎ ｗｉ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｃ ｕ ｅ ｓ ｒｏ ｓ ｓ ｒ ｅ ｖ ｌ ｅ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｉ ｖ ｒ ｒ ． ｈ ｃ ｎ ｒ ａ ｅ ｅ ｔａ ｌｓ ｎ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ｏ ｈ ｎ ｅｔ ｒ ｗｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｙ ｅ ｆｔ ｅ ｂ ｓ ａ ｎ ｔ ｒ ｅ ｎ ｅ ｔ ｓ ｗ ｉｈ ｉｃ ｅ ｓ ｘ ｒ ｏ ｓ ａ ｄ ｒ ｄ ｃ ｈ ｅ ｉ ｉ ｔ ｆ ｔ ｅ ｉ ｖ ｒ ． ｉ ｅ ｅ ｔ ｔｐ ｓ ｏ ｈ ｕ ｂ ｒ ｉ ｈ ｅ — ｅ ａ ｉ ｅＴ ｆ
Ｔ ｅ ｈ ａ ａ ｉ ｃ ｐ ｒ ｍｅ ｅｓ ｏ ｈ ｕ ｂ ｒａ ｅ ｅ ｔａ ｔｄ ａ ｄ ｉ ｔｇ ａ ｅ ｎ ｏ ｔ ｅ ｉｖ ｒｅ ｄ ｌｗｈ ｃ ｕ ｌ ｗ ｔ Ｓ ｉｅ ｈ ｎ ｔ ｅ ｐ ｒ ｓｔ ａ ａ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｂ ｓ ａ ｒ ｘ ｒ ｃｅ ｎ ｎｅ ｒ ｔ ｄ ｉ ｔ ｈ ｎ ｅ ｔ ｒｍｏ ｅ ｉ ｈ ｂ ｉ ｉ Ｐ ｐ ｃ ｉ ｔ ｈ ｓ ｆｗ ｒ ｏ ａ ａ ｙ ｅ ｔ ｅ ｓ ｒ ｅ ｖ ｌ ｇ ｎ Ｉ Ｔ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｌ ａ ｕ ｒ ｎ ｓ Ｔ ｅ ｓｍｕ ａ ｉｎ ｒ ｓ ｌｓ ａ ｒ ｅ ｗｉ ｈ ｘ ｏ ａ ｅ ｔ ｎ ｌ ｚ ｕ ｇ ｏｔ ｅ ｏ ＧＢ ｓ ｕ ｄ ｒ ｄ ｆ ｒ ｎ ｏ ｄ ｃ ｒｅ ｔ ． ｈ ｉ ｌｔ ｅ ｕ ｔ ｇ ｅ ｔ ｔ ｅ ｅ — ｔ ｈ ａ ｏ ｈ ｐ ｒｍｅ ｔｌｒ ｓ ｈ ｌ ， ｈ ｃ ｒ ｖ ｈ ｔｔ ｉ ｎ ｌ ｓｓ ｍｅｈ ｄ ｃ ｎ ａ ａｙ ｅ ｔ ｅ ｓ ｒｅ ｖ ｌ ｇ ｎ ｉ ｖ ｒ ｒ ｆ ｃ ｉｅｙ． ｅｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｓ ｗｅｌ ｗ ｉｈ ｐ ｏ ｅ ｔ ａ ｓ ａ ａｙ ｉ ｈ ｔ ｏ ａ ｎ ｌｚ ｈ ｕ ｇ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ ｅ ｔ ｓ ｅ ｅ ｔ ｌ ａ ｅ ｖ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｎ ｅｔ ｒ ｕ ｇ ｏｔ ｇ ｙ ｒ ｓ ｉ ｖ ｒ ；ｓ ｒ ｅ ｖ ｌ ｅ；ｂ ｓ ａ ；ｐ ｒ ｓ ｉ ｎ ｕ ｔ ｎ ｅ ｅ ａ ｕｂｒ ａａｉｃ ｉｄ ｃａ ｃ ｔ
段 杂 散 参 数 ，因此 在 验 证 过 程 中对 母 线排 结 构进
第４ ４卷 第 １ ０期
２１ ０ ０年 １ 月 ０
电 力 电 子 技 术
Ｐｏ ｒＥｌｃ ｒ ｉ ｓ ｗｅ ｅ ｔｏｎ ｃ
Ｖｏ． ４．Ｎ ．０ １ ４ ｏ １ Ｏ ｔ ｂ ｒ２ １ ｃｏ ｅ ０ ０
三相 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ逆变器中的尖峰 电压分析
郭
（ ． 华 大 学 ，北 京 １清
彝 ，李 思 奇 ，蒋 晓 华 ，Ｓｉｉ ｉｓｂ ｈｎｃ ｏｅ ｈＩ
Ｕ
ｓｍ ｍ
图 ４ 仿真和 实测 母线排 杂散参 数
（ ） ｙ ｅ Ｉ 线 ．＝ ｂ １ ｐ Ｉ 『 ； ｛ Ｉ
图 ２ 两 种 类 型 母 线 排 结 构
可见 ， 算与实测结果非常接近 ． 计 由于 阻 抗 相 角 十 分 接 近 ９ 。 １ Ｏ ， ０ＭＨｚ 母 线 排 杂 散 电 阻 难 以 下 通 过 测 量 得 到精 确 值 。 此 外 。杂 散 电感 在 １ＭＨ ｚ
Ｔｈｅ Ａｎ ｌ ｉ ｆ Ｓｕｒ ｅ Ｖｏ ｔ ｇ ｎ Ｔｈ ｅ — ｈａ ｅ Ｉ ａ ｙｓｓ ｏ ｇ ｌａ ｅ ｉ ｒ ｅ ｐ ｓ ＧＢＴ ｎ ｅ ｔ ｒ Ｉ ｖ ｒｅ ｓ
ＧＵＯ ｅ ＩＳ ．ｉ，ＪＡＮＧ Ｘｉｏｈ ａ ， Ｓ ｉｉｈ ｓ ｂ Ｂ ｎ ，Ｌ ｉｑ Ｉ ａ ．ｕ ｈｎｃ ｉＩｏ ｅ （ ．ｓ ｇ ｕ ｎｖｒｉ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ４ ｈｎ ； １Ｔｉ ｈ ａ Ｕ ｉ ｓｙ ｅ ｉ １０ ８ ，Ｃ ｉａ ｎ ｅ ｔ ｊｇ
２ 三 相 Ｉ Ｔ 逆 变 器 中 的 母 线 排 ＧＢ
图 １为三 相 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ逆 变 器 电路 示 意 图 。其 中 Ｐ
极和 Ｎ极母 线 排用 于连 接 直 流 电源和 ３个 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ模
块 。 Ｇ Ｔ模块 采 用 ６ ０Ｖ Ｉ０Ａ 的 Ｃ ０ Ｄ 一 ２ ＩＢ ０ ／Ｏ Ｍ１０ Ｙ １Ｈ。
变 器 中开 关 器 件 上 会 产 生 很 高 的 尖 峰 电压 ．引起
额 外 的 开关 损 耗 和 严 重 的 电磁 干 扰 ，甚 至 损 坏 器
以三 相 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ逆 变 器 为 例 ， 绍 了一 种 较 为通 介
用 的尖 峰 电压 分 析 方 法 。 该 方 法 首 先 利 用 有 限元 软件 Ｊ ＭＡＧ提 取 母 线 排 杂 散 参 数 ，接 着 在 Ｐ ｐｃ Ｓ ｉｅ 中 建 立 逆 变 器 等 效 电路 模 型 用 于 分 析 尖 峰 电压 ． 并 搭 建 实 验 电 路通 过 实 验 验 证 模 型 的 准 确 性 。在 不 同 负载 电流 下 ． 真 和 实验 结 果 都 较 好 吻 合 ． 仿 表 明该 方 法 准 确 可 行 。
关损 耗 ， 降低 了可 靠性 。 出针对 三相 Ｉ Ｂ 提 Ｇ Ｔ逆变 器 中尖峰 电压 的分析 方法 。 首先利 用有 限元 法对三 相 ＩＢ Ｇ Ｔ逆 变器 中两种 不 同类型 母线 排 建模 ， 析提 取 母线 排 的杂 散 参数 ， 着在 Ｐ ｐ ｅ中建 立 逆变 器 各部 分 等效 电路 分 接 Ｓｉ ｃ 模型 ． 利用 该模型 对 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ逆 变器 中 的尖 峰 电压进 行仿 真分 析 。实 验研 究表 明 ， 在不 同负载 电流下 ， 仿真和 实测
界 条件 。 后分 别 计 算 出在 ５ ｚ １ Ｈ ，０ Ｈ 。 然 ０Ｈ ， ｚ １０ｋ ｚ ｋ
１ＭＨｚ １ ｚ频 率 的 １ ０Ａ ｍｓ 入 电流 激 励 和 ０ＭＨ ０ ｒ 输
Ｎ极 Ｐ 极
下 的母 线 排 杂 散 参 数 ， 与 实验 结 果进 行 比较 ． 并 如
图 ４所 示 。
１０ ８ ０ ０４；２三 菱 重 工 名 古 屋 研 究 所 ，日本 名 古 屋 ． ４ ３ ５ ５ ５８ １ ）
摘 要 ： 线 排 的杂 散 电 感 和 开 关 过 程 中 较 大 的 ｄ ｄ 会 在 Ｉ Ｂ 母 ｉｔ ／ Ｇ Ｔ上 引 起 很 高 的 尖 峰 电 压 ， 而 增 加 了逆 变 器 的 开 从
Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ Ｐ ｏｅｔ Ｓ ｐ ｏｔ ｙＭｉｕ ｉ ｉＨ ａｙＩｄ ｓｉｓＬｄ （ ｏ０ — １ ｏ ｎ ａｉ ｒｊｃ ：ｕ ｐ ｒ ｄｂ ｔ ｂｓ ｅｖ ｎ ｕｔｅ ｔ．Ｎ ．８ ４ ） ｏ ｅ ｓ ｈ ｒ
１ 引 言
随着 器 件 开 关 速 度 提 升及 功 率 增 大 ，开 关 过 程 中 ｄ／ｔ ｉ 也越 来 越 大 。 由于 杂 散 电感 的存 在 ， ｄ 逆
／
Ｐ
— 。 —＇ －－ ＿－ 一
广， 且有 许 多 电磁 场 分析 软件 支 持 。
基 于 所 提 取 的母 线 排 杂 散 参 数 ．可 对 逆 变 器 建 立 等 效 电路 模 型 ，用 于 逆 变 器 的 可靠 性 分 析 和
Ｅ ＭＣ设 计［ 。 】
基金项 目： 日本 三 菱 重 工 基 金 资 助 项 目（ ８ ４ ） ０ — １
定 稿 日期 ： ０ ０ ０ —１ ２ １— ５ ７
一
母 线 排
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作 者简 介 ： 郭 彝 （ ９ ５ ， ， 江衢 州人 ， 士研 究 生 ， １８ 一） 男 浙 硕
研 究 方 向 为 高 性 能 电 力 电子 变 换 器 。
３ 母 线 排 杂 散 参 数 提 取 方 法
使 用 有 限元 建 模 软件 Ｊ Ｇ 中 的 “ ｕｂｒＩ— ＭＡ Ｂ ｓａ ｎ ｄ ｃ ｎｅＴｏ” 具对 母 线排 进 行 建模 并 提 取 其 杂 ｕｔ ｃ ｏｌ工 ａ
散 参数 ， 先 必 须 验 证 该 提 取 方 法 的 准 确 性 。 首