IGBT在励磁系统中的应用

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1、技术一父_}勺应用一叫国了一0一m×o∞@0l3iil：0。IGBT在励磁系统中的应用刘国瑞(陕西蒲城发电有限责任公司，陕西蒲城715501)通态电阻的特点，是目前较好的功率开关器件。它的1概述控件部分具有MOS管的特点，功率部分具有双极晶体管的特点。同时，陔器件还可以通过很小的电压控励磁系统是同步发电机的重要组成部分，其作制大电压、大电流。用为：1)提供发电机正常运行必须的励磁；2)维持发图1为IGBT~作原理示意图。直流电源正端通第电机端电在给定的水平；3)提高和改善发电机运过负载电阻R接IGBT管的集电极，电源负端接IGBT36卷行的稳定性。开关管的发射极。若IGBT晶体管的基极电流，=

2、0，则陕两华电蒲城发电有限责任公司l号发电机组集电极电流Ic=0，负载电阻上的压降为零。电源电压第1O励磁系统F}1武汉电T技术研究所研制生产，型号为全部加在IGBT管上。IGBT管处于阻断状态，这相当期HI一09l其发电机励磁为它励方式，电源来自与发于开关断开。若给IGBT管提供一个足够大的基极电电机同轴的交流励磁机机端，经可控硅桥式整流后流，(对应于+；)，使I．>U,：c／fir，(为晶体管的共发射供给发电机转子；励磁机励磁为自并励方式，励磁电极电流放大系数)，~t]IGBT管的集电极电流=Uc／囝源米自机端经二椴管桥式整流，通过IGBT进行涮R．．．~IIGBT晶体管c(集电极)、E(

3、发射极)两端电压节，达到维持励磁机机端电压恒定的日的。接近为零，电源电压几乎全都加在负载R。上，T(开1号机组设备参数：发电机额定电乐为24kv，额关)处于导通状态，这相当于电路中开关的接通南定功率为330MW，功率【大]数为0．85，额定电流为此可见，通过对IGBT基极电流的控制，可使IGBT晶9339A，窄载时励磁电为150V、励磁电流为913A，额体管在阻断及导通两种状态下跳变．这就是通常所定负载时励磁电压为402V、励磁电流为2610A，过说的晶体管的开关作用。激励磁时励磁电为804V、励磁电流为5220A：励磁机额定电压为650V，额定功率为1200kW，功率凶数为0．46，空载时励

4、磁电压为28V、励磁电流为69A，额定负载时励磁电为77．5V、励磁电流为190A。2IGBT的开关特性及励磁调节原理2．1IGBT的开关特性图1IGBT开关特性原理图IGBT是一种新型的功率开关器件，具有功率场22IGBT开关式励磁调节的工作原理效应管的高输入阻抗、驱动简单和巨型晶体管的低利用IGBT管的开关特性，呵以将其于励磁调收稿日期：2008—09～l5作者简介：刘瑞，(1973一)男，山东浆1f几人，本科，助理丁程帅，从事发电厂电气二r：程妓术管理T作．节。其原理如图2所示：当开关T闭合时，励磁机的电电路，其工作频率可达10kHz，并能对IGBT进行过枢电压加于其励磁绕组上，而当T断

5、开时励磁绕组中流检测，一旦发现IGBT过流，可以发出报警信号。电流通过续流二极管D保持连续，而励磁绕组两端的电压则为零。这样，随着开关不断地接通及断开．励磁31号机IGBT存在的问题及解决办法绕组上的电压波形如图3所示。主波的脉宽时问即开关T的闭合时间为7，而方波之间的间隔时间即开关3．1大功率元件的发热问题的断开时间为。方波的占空tLK=To／(To+、)。一般来说，对于大功率电器元件，发热问题不能显然励磁机励磁绕组电压的平均值为：忽视，特别是在IGBT励磁调节中，IGBT是作为开关ULL=K[／l=ToNUL／(N+)管用的，这样就存在开关损耗，二机管、滤波电容等式中：为励磁机励磁绕组上的

6、电压平均值；为因为通过电流，不可避免地会产生热量对一只二极励磁机电枢电压管压降1V，通过100A就有100W的发热功率：对于IGBT开关100V、100A的电流，开关时间为1s，开FLQ关频率为2kHz，开关损耗就可能有10w而IGBT正常运行时，管芯结温最高不能超过125c《=，否则将给一二／IGBT的稳定运行带来危害。实际使用中，为了解决元器件的发热问题，在励磁室加装了空调，以改善设备运行环境：在励磁调节图2IGBT开关式励磁调节原理示意图控制柜安装风扇，对IGBT采用热管技术进行散热．基本上可以做到在风扇损坏不能正常运转的情况下，热管散热能够满足元器件正常运行对温度的要目求，从而大大提高

7、了装置的可靠性。经过多年运行，出未发生二极管、IGBT、滤波电容等功率元件发热损擅餐坏的问题3．2运行中的过电压问题图3占控比不意图由电工理论知道．电感上的反电动势与电感量由此可见，若改变方波的占空比K，即可改变励及流过这个电感的电流变化量乘积成正比，与产生磁机励磁绕组两端的电，从而达到渊节励磁机电这个电流变化的时间成反比。IGBT为减少开关损压的目的耗，采用的一个措施就是减少开关时间．、另一方面