变频器中IGBT的作用和工作原理

IGBT是变频器的核心器件,作用是将直流变为交流供电机使用, 与其它电力电子器件相比,IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点,鉴于此,开发高电压、大电流、频率高的高压IGBT并将其应用到变频调速器中以获得输出电压等级更高的装置成为人们关注的焦点。中压变频器的研发与电力电子器件如高压IGBT、GTO、IGCT等器件研制水平和应用水平密切相关,随着高电压、大电流IGBT的面世,给中压变频器注入了新的活力。     随着关断能力和载流能力的提高,高压IGBT以其自保护功能强,无需吸收电路而具有广阔的应用前景。西门子公司从1988年开始研制和应用低压IGBT,在高压IGBT的开发上也处于地位,以目前用于MV系列的1200A/3300VIGBT为例,其栅极发射极电压仅为15V,触发功率低,关断损耗小,di/dt、dv/dt都得到了有效控制,目前高压IGBT的研制水平为(600~1200)A/6500V,其工作频率为(18~20)kHz。      目前1500kVA以下电压源型变频器基本上采用二电平电路结构,将中间直流电路的正极电位或负极电位接到电机上去。为满足变频器容量和输出电压等级的需求,并降低谐波及dv/dt,出现了采用GTO或高压IGBT的三电平变频器,将中间直流电路正极电位、负极电位及中点电位送到电机上去。与二电平变频器相比,其输出波形谐波较小,降低了损耗,同时使功率器件耐压降低一半。西门子公司采用高压IGBT、三电平技术开发成功MV系列中压变频器,其逆变器电路在3300V、4160V等级仅需12或24个器件,无须缓冲电路,结构紧凑,提高了可靠性和整体效率。