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1、电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8IGCTIGCT应用讲义应用讲义 刘文华刘文华 清华大学电机系清华大学电机系FACTSFACTS研究所研究所 20062006年年9 9月月电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-81 1.IGCTIGCT在电压源逆变器中的应用在电压源逆变器中的应用2.2.门极单元的应用门极单元的应用 3.3.外部外部重触发重触发 4 4.IGCTIGCT的串联运行的串联运行 5 5.IGCTIGCT在在50MVA STATCOM50MVA STATCOM中的应用中的应用 6 6.IGCTIGCT功能仿真模型及应用功

2、能仿真模型及应用7.IGCT7.IGCT异常故障及关断故障机理异常故障及关断故障机理(SPEC(SPEC：Prof.HuangProf.Huang）电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8CDCCCLLiRsDCLSLASLBSRASRBDLADLBDRADRBDCL电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n反并联二极管的关断反并联二极管的关断di/dtdi/dt限制限制n最小开通时间和最小开通时间最小开通时间和最小开通时间n最大器件电压最大器件电压n箝位过冲电压箝位过冲

3、电压 下次开通前回下次开通前回0 0n箝位二极管电流箝位二极管电流 下次开通前回下次开通前回0 0一般设计：一般设计：t tBDBD10-15us10-15us电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n第一步：计算第一步：计算L LI In第二步：计算第二步：计算C CCLCLn第三步：计算第三步：计算R RS S电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8nRS越大，箝位二极管能越快截止；越大，箝位二极管能越快截止；nRS越大，越大，VDM越大；越大；n应根据实际试验结果确

4、认。应根据实际试验结果确认。（a）Rs=0.35（b）Rs=0.65（c）Rs=1.2对5SHY35L4510的仿真结果电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8nL LI2I2越大，越大，V VDMDM越大，箝位二极管截止时间越长；越大，箝位二极管截止时间越长；n应尽可能减小应尽可能减小L LI2I2（a）LI2=0.6uH（b）LI2=1.2uH（c）LI2=2.0uH对5SHY35L4510的仿真结果电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8 （a）CCL=6uF（b）CCL=15uF（c）CCL=24uFnC CCLCL越大，越大，V

5、 VDMDM越小，箝位二极管截止时间越长；越小，箝位二极管截止时间越长；n应根据实际试验结果确认应根据实际试验结果确认C CCLCL对5SHY35L4510的仿真结果电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n箝位二极管开通正向电压箝位二极管开通正向电压VFR随开通随开通di/dt增大而增大，增大而增大，影响影响IGCT关断第一个尖峰；关断第一个尖峰；n耐压等级越高的二极管耐压等级越高的二极管VFR越大；越大；n尽量减小箝位二极管支路的杂散电感。尽量减小箝位二极管支路的杂散电感。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n直流供电：直流供电：

6、VDC=n交流供电：交流供电：方波幅值，方波幅值，n起动限流：交流供电的起动限流：交流供电的IGCT内部有限流和稳压电路；内部有限流和稳压电路；直流电源供电的直流电源供电的IGCT内部没有供电电源限流电路，必内部没有供电电源限流电路，必须由直流电源完成其输出限流。须由直流电源完成其输出限流。nIGCT消耗驱动功率：与开关频率、关断电流及占空比消耗驱动功率：与开关频率、关断电流及占空比有关有关 电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n门极驱动电源上电过程中要确保接受脉冲的光纤处于门极驱动电源上电过程中要确保接受脉冲的光纤处于不发光状态（对应不发光状态（对应IGCT关

7、断状态）。门极单元上电关断状态）。门极单元上电5秒后才能接收驱动脉冲。秒后才能接收驱动脉冲。（最好先上控制电，再上驱（最好先上控制电，再上驱动电源）。动电源）。n控制电源上电、下电过程中要确保先封锁驱动脉冲，控制电源上电、下电过程中要确保先封锁驱动脉冲，否则光强的不足会导致门极驱动单元产生高频脉冲，否则光强的不足会导致门极驱动单元产生高频脉冲，损坏门极驱动。损坏门极驱动。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n直流母线电压必须在直流母线电压必须在IGCT驱动电源完全建立（上电驱动电源完全建立（上电5秒）之后建立；相反，秒）之后建立；相反，IGCT驱动电源必须在链节

8、直驱动电源必须在链节直流电容完全放电之后关闭，否则，由于流电容完全放电之后关闭，否则，由于IGCT驱动电驱动电路的特殊机理，会导致路的特殊机理，会导致IGCT误导通进而导致桥臂直误导通进而导致桥臂直通，损坏通，损坏IGCT。n控制电源上电、下电过程中要确保先封锁驱动脉冲，控制电源上电、下电过程中要确保先封锁驱动脉冲，否则光强的不足会导致门极驱动单元产生高频脉冲，否则光强的不足会导致门极驱动单元产生高频脉冲，损坏门极驱动。损坏门极驱动。n驱动电源隔离绝缘电压强度；驱动电源隔离绝缘电压强度；n驱动电源的高可靠性。驱动电源的高可靠性。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-

9、8nHFBR1521/2521；HFBR1528/2528。n需注意驱动距离，防止驱动不足。需注意驱动距离，防止驱动不足。n开通和关断信号延迟：开通和关断信号延迟：3uS左右；左右；n无门极返回信号无门极返回信号IGCT的诊断：设计外加返回信号；的诊断：设计外加返回信号；nIGCT自身需：自身需：电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n在任何电压源逆变器中，当续流二极管导通时都可能引起门阴在任何电压源逆变器中，当续流二极管导通时都可能引起门阴极负偏压。在处于门阴极负偏压情况下时将会发生：极负偏压。在处于门阴极负偏压情况下时将会发生：1）门极的）门极的损耗增加；损耗

10、增加；2）门极电流只流过）门极电流只流过GCT的阳极，而不流过其阴极；的阳极，而不流过其阴极；3）当电流由负电流（续流情况）向正方向过零点时，在）当电流由负电流（续流情况）向正方向过零点时，在GCT进进入栓住（入栓住（Latching）状态前，阳阴极电压就开始上升（趋于关）状态前，阳阴极电压就开始上升（趋于关断）。断）。n在在ABB的的IGCT门极单元设计中加入了门极单元设计中加入了re-trigger设计：它设计：它1）检测门阴极电压极性检测门阴极电压极性VGK；2）当处于）当处于VGK负极性时减小门极电负极性时减小门极电流；流；3)当当VGK 重新变为正向时，自动重新施加一个开通信号重新变

11、为正向时，自动重新施加一个开通信号（Internal Re-Trigger）。这个内部）。这个内部re-trigger设计可以处理设计可以处理电流变化率小于电流变化率小于50A/us的情况，如果的情况，如果IGCT处于续流状态或低处于续流状态或低电流导通状态电流导通状态(low anode current conduction,quiescent mode)时，有较大的时，有较大的di/dt的电流重复施加在的电流重复施加在IGCT上时，需要上时，需要施加一个外部的重触发信号施加一个外部的重触发信号(External Re-trigger)。IGCT在在导通大于导通大于LATCHING电流的电流

12、时，可以承受大的电流的电流时，可以承受大的di/dt，不需，不需重触发。重触发。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8nA和和C：电流上升前足够大，不需重触发，可以承受大的：电流上升前足够大，不需重触发，可以承受大的di/dt；nB：电流上升率过大，之前电流太小，在：电流上升率过大，之前电流太小，在t1处需要外部重处需要外部重触发；触发；nD：电流上升率小，内部重触发足够。：电流上升率小，内部重触发足够。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n在导通的光纤驱动信号中插入宽度为在导通的光纤驱动信号中插入宽度为tretrig的低电平；的低

13、电平；ntretrig见参数文件；见参数文件；ntretrig太小会被忽略，太大会导致关断；太小会被忽略，太大会导致关断；电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n应该如上图施加外部重触发，使大的应该如上图施加外部重触发，使大的di/dt发生在发生在B段；段；n一般大的一般大的di/dt由另一个由另一个IGCT的开通引起，可与之同的开通引起，可与之同步施加外部重触发。步施加外部重触发。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n开始时电流沿实线流，开始时电流沿实线流，V4和和V3导通，导通，V2截止；截止；n接着接着V4关断，死区时间后关断

14、，死区时间后V2开通，电流开始沿虚线走；开通，电流开始沿虚线走；nV2开通时开通时V3和和V4的反并联二极管都流过反向恢复电流，如果的反并联二极管都流过反向恢复电流，如果V4D反恢反恢复电流大于复电流大于V3D的，则的，则V3需承担部分正向电流，此电流需承担部分正向电流，此电流di/dt大，大，V3需需外部重触发，否则外部重触发，否则V3上会产生上会产生1-2uS/高达高达2kV的脉冲电压。的脉冲电压。n有有RC吸收电路时，更需只需分析需要外部重触发的情况。吸收电路时，更需只需分析需要外部重触发的情况。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n由于硬驱动特性，由于硬

15、驱动特性，IGCT存储时间小到存储时间小到1us左右，只需左右，只需小的吸收电路即可实现串联运行。小的吸收电路即可实现串联运行。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n采用采用RC或或RCD吸收后，开通过程器件的均压只需考虑驱动脉冲吸收后，开通过程器件的均压只需考虑驱动脉冲的时延；的时延；n开通脉冲有小的时延时，由于阳极电抗对电流的限制，开通过开通脉冲有小的时延时，由于阳极电抗对电流的限制，开通过程承受的电压差不会太大。程承受的电压差不会太大。n图中，图中，S1开通脉冲超前开通脉冲超前S2的时间是的时间是300ns。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研

16、究所2022-8-8n关断过程的均压效果受多个因数影响。关断过程的均压效果受多个因数影响。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n1.每个器件每个时刻承受的动态电压都必须小于每个器件每个时刻承受的动态电压都必须小于VDRM、直流电压都必须小于、直流电压都必须小于VDC；n由于宇宙射线的影响，由于宇宙射线的影响，IGCT寿命与其承受的寿命与其承受的VDRM和和VDC密切相关，关断后所有点电压尽可能均分；密切相关，关断后所有点电压尽可能均分；n需设计冗余需设计冗余IGCT，否则损坏的，否则损坏的IGCT短路后会导致其短路后会导致其他串联他串联IGCT损坏；损坏；n增大

17、吸收参数总能达到更好的均压效果，需综合考虑增大吸收参数总能达到更好的均压效果，需综合考虑效率、成本和均压效果。效率、成本和均压效果。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n箝位电路参数可按下式折算（箝位电路参数可按下式折算（n为串联为串联IGCT个数）个数）电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8nIGCT器件自身参数的影响器件自身参数的影响1）关断延时的差别；）关断延时的差别；2）由于关断延时与）由于关断延时与VT有关，因此，有关，因此，VT的差别也影响关断均压。的差别也影响关断均压。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究

18、所2022-8-8n关断延时差别越大时，均压误差随关断电流的变化而更明显变关断延时差别越大时，均压误差随关断电流的变化而更明显变化。化。nIDRM：断态漏电流的差别会影响关断后的均压效果，需设置静：断态漏电流的差别会影响关断后的均压效果，需设置静态均压电压，该电阻必须按态均压电压，该电阻必须按IDRM大小来选择。同时需考虑反并大小来选择。同时需考虑反并联二极管的漏电流。联二极管的漏电流。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8控制脉冲信号延时的影响控制脉冲信号延时的影响吸收电容的影响吸收电容的影响结温差别的影响结温差别的影响n吸收电阻的影响吸收电阻的影响吸收电阻太大

19、，均压效果差；吸收电阻太大，均压效果差；吸收电阻太小，阻尼关断后吸收电阻太小，阻尼关断后振荡效果差，也会增加振荡效果差，也会增加IGCT的开通损耗。的开通损耗。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-850M STATCOM是国际上首台采用IGCT器件的MVA级链式STATCOM装置电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8 通过控制各通过控制各LINKLINK的开关角度，控制基波输出电的开关角度，控制基波输

20、出电压，并在同时寻求一个最优的谐波优化目标。压，并在同时寻求一个最优的谐波优化目标。优化函数如下：优化函数如下：约束条件：约束条件：其中其中 HnnnVKF7,5,3minKiinnnV1cos4090180270360-10-8-6-4-20246810 va1 va2 va3 va4 va5 va6 va7 va8 va9 va1090 180 270 360 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 NiiM1cos/20i1.01ii实测相电压输出相电压各单相桥输出电压优化条件少，对直流电压纹波峰值限制及电压平衡控制不利电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-

21、8-8q使输出电压的基波幅值为控制目标值，并且使各单相桥输出的基波电压幅值相位完全相同，且对直流电压峰值进行限制；q使逆变器总输出电压中的低次谐波性能达到最优。优化目标函数为:约束条件为:102,1,20321iiiiMui1HnnVF7,5,32min101101311)(cos)1(4iijijjninnanEuV090180270360 a12 a13 a91 a92 a93vo1 vo2 vo3 vo4 vo5 vo6 vo7 vo8vo9 vo10 a21 a22 a23 a31 a32 a33 a41 a42 a43 a51 a52 a53 a61 a62 a63 a71 a72

22、a73 a81 a82 a83 a101 a102 a103090180270360-10-50510各单相桥输出电压输出相电压实测相电压mUu电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8IGBT逆变器IGBT逆变器APITIGBT逆变器IGBT逆变器APITIGBT逆变器IGBT逆变器APITAN交流耦合母线11V22VnnVTX1PTX2PTXnPiiXVVPsiniu 交换功率小（小于交换功率小（小于5kW5kW），），IGBTIGBT器件要求耐压高器件要求耐压高/电流小，选择困难，电流小，选择困难，控制复杂，不利于装置的可靠性。控制复杂，不利于装置的可靠性。电机

23、系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-814329 VA9 VA4VA3VA2 VA1+22+3+32+4+42+5+52+6+1 2+2结合放电开关的PWM控制脉冲循环换位示意图简单，成本低，隔离变压器容量小（1.5kVA）输出超前15kvar滞后15kvar输出滞后15kvar超前15kvar电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n系统故障及突增负荷时，动态地提供系统故障及突增负荷时，动态地提供电压支撑，减少低压释放负荷数量，电压支撑，减少低压释放负荷数量，防止发生暂态电压崩溃防止发生暂态电压崩溃n结合结合35KV35KV母线母线4 4

24、组电容器的综合投切组电容器的综合投切控制，保证控制，保证35KV35KV母线电压的稳定母线电压的稳定PLCS7-200 CPU226RS485RS485去监控系统触摸屏主控机箱RS4854组电容器组电容器综合投切综合投切控制控制操作操作界面界面DSP控制板控制板反馈线性化动反馈线性化动态无功控制态无功控制/电电压平衡控制压平衡控制FPGA脉冲发生板脉冲发生板多目标多目标150Hz 150Hz 优优化化PWMPWM控制控制/冗余冗余控制控制FPGA脉冲分配板脉冲分配板编码编码/解码解码/高速异高速异步通信步通信电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8电机系柔性交流输配

25、电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8制订的标准：制订的标准：n链式链式STATCOMSTATCOM阀的试验标准阀的试验标准1 1）阀端对地间的电介质试验）阀端对地间的电介质试验 2 2）阀端间电介质试验）阀端间电介质试验 3 3）运行试验和例行试验）运行试验和例行试验 4 4）阀的电磁干扰（）阀的电磁干扰（EMIEMI）n链链 式式 STATCOM STATCOM 装装 置现置现 场场 试试 验验 规规 范范 n成套链式成套链式STATCOMSTATCOM装置企业标准装置企业标准 50Mvar STATCOM50Mvar STATCOM装置按以上标准通过了全部装置按以上标准通过了

26、全部试验内容试验内容电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8p试验目的试验目的对链节进行额定负载工况试验，以便检验对链节进行额定负载工况试验，以便检验链节链节在额定工况下在额定工况下运行时电源、控制、保护、冷却、电磁兼容等方面的设计是运行时电源、控制、保护、冷却、电磁兼容等方面的设计是否达到了技术标准的要求否达到了技术标准的要求 一个链节发无功，一个链节吸无功，外接直流电源只需提供被试对象的损耗一个链节发无功，一个链节吸无功，外接直流电源只需提供被试对象的损耗sin)sin(msdKUU2sin22RUQSS电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所202

27、2-8-8 a)容性链节输出电压电流 b)感性链节输出电压电流（直流电压2400V/输出电流1700A）（直流电压1600V/输出电流1700A）u50Hz50Hz开关频率时额定工况运行试验总功耗为开关频率时额定工况运行试验总功耗为43.2kW43.2kW，测算连，测算连接电抗功耗为接电抗功耗为18 kW,18 kW,单个链节损耗单个链节损耗12.6kW12.6kW，3030个链节总损耗个链节总损耗为为378kW378kW电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8 a)容性链节输出电压电流b)感性链节输出电压电流（直流电压2350V/输出电流1700A）（直流电压14

28、00V/输出电流1700A）u150Hz150Hz开关频率时额定工况运行试验总功耗为开关频率时额定工况运行试验总功耗为51.8kW51.8kW，测算连接，测算连接电抗功耗为电抗功耗为19 kW,19 kW,单个链节损耗单个链节损耗16.4kW16.4kW，3030个链节总损耗为个链节总损耗为492KW492KW电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8u等价过电流试验的目的是验证链节主要（一次）设备是否能等价过电流试验的目的是验证链节主要（一次）设备是否能够耐受由过电流引起结温升高后的电压应力和检验过电流保够耐受由过电流引起结温升高后的电压应力和检验过电流保护装置在最

29、大关断电流出现时关断护装置在最大关断电流出现时关断IGCTIGCT的能力的能力CDCCCLLiRsDCLSLASLBSRASRBDLADLBDRADRBDCL通过同时触发链节中的对角开关管SLA1和SRB或SRA和SLB，使直流电容电压加在试验电抗器L上，引起L上电流线性上升。当保护电路检测到L上电流达到保护整定值时，封锁全部开关管的驱动脉冲。试验前IGCT外壳加热到额定运行温度。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8过电流波形（过电流波形（3000A3000A峰值关断）峰值关断）关断关断2500V/3000A2500V/3000A时过电压波形时过电压波形 电机系

30、柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8试验项目试验项目试验值试验值要求与考核指标要求与考核指标阀端对地工频交流耐阀端对地工频交流耐压试验和局部放压试验和局部放电的测量电的测量试验电压试验电压 42kV，持续，持续1分钟；分钟；18.5kV，持续，持续10分钟，记录分钟，记录最后最后1分钟局部放电水平。分钟局部放电水平。试验时应没有闪络现象，局部放试验时应没有闪络现象，局部放电水平峰值应不大于电水平峰值应不大于50pC。雷电冲击试验雷电冲击试验电压波形为电压波形为1.2/50s，峰值为，峰值为75kV，正负极性各施加，正负极性各施加3次。次。试验时应没有击穿和闪络现象。试

31、验时应没有击穿和闪络现象。阀端间工频交流耐压阀端间工频交流耐压试验试验试验电压试验电压23.3kV，持续，持续1分钟。分钟。试验时应没有闪络现象，链节保试验时应没有闪络现象，链节保护应不动作，试验结束后无护应不动作，试验结束后无元件损坏。元件损坏。链节端间局部放电测链节端间局部放电测量量试验电压试验电压 2.6kV，持续，持续1分钟；分钟；2.1kV，持续，持续10分钟，记录分钟，记录最后最后1分钟局部放电水平。分钟局部放电水平。试验时应没有闪络现象，局部放试验时应没有闪络现象，局部放电水平峰值应不大于电水平峰值应不大于50pC。操作冲击试验操作冲击试验电压波形为电压波形为250/2500s，

32、峰值，峰值为为33kV，正负极性各施加，正负极性各施加3次。次。试验时应没有闪络现象，无保护试验时应没有闪络现象，无保护性触发动作或误触发现象，性触发动作或误触发现象，试验结束后无元件损坏。试验结束后无元件损坏。电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n1.功能模型的物理依据 置换定理：置换定理：在线性或非线性电路中，若某一支在线性或非线性电路中，若某一支路的电压或电流为路的电压或电流为U和和I，用，用Us=U的电压源的电压源或或Is=I的电流源来置换该支路，如果置换后的电流源来置换该支路，如果置换后的电路有唯一解，则置换前后电路中全部支的电路有唯一解，则置换前后电

33、路中全部支路电压和支路电流的量保持不变。路电压和支路电流的量保持不变。n2.不同等级下U(t)或I(t)的来源a.开通时，器件的开通时，器件的电压形状相电压形状相对简单对简单，且，且有一定的规律有一定的规律b.关断时，器件的关断时，器件的电流形状相电流形状相对简单对简单，且，且有一定的规律有一定的规律电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8参数名称参数名称参数符号参数符号最大值最大值断态重复峰值电压断态重复峰值电压(V)VDRM4500断态重复峰值电流断态重复峰值电流(mA)IDRM50直流环节电压直流环节电压(V)VDClink2800最大可控关断电流最大可控关断

34、电流(A)ITGQM4000通态压降通态压降(V)VT2.7门槛电压门槛电压(V)VT01.4开通延时开通延时(us)tdon3.5上升时间（上升时间（us）tr1关断延时关断延时(us)tdoff7关断损耗能量关断损耗能量(J)Eoff225SHY 35L4510 IGCT5SHY 35L4510 IGCT主要参数主要参数电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n反向阻断电压和正向通态电压反向阻断电压和正向通态电压n开通：正向恢复过程开通：正向恢复过程呈现呈现“电感效应电感效应”，而不立即响应正向电流的变化，而不立即响应正向电流的变化n关断：反向恢复过程关断：反向

35、恢复过程加反压到截止，清除过剩少数载流子，表现为电流反向流动；达最大加反压到截止，清除过剩少数载流子，表现为电流反向流动；达最大值后，二极管恢复阻断能力值后，二极管恢复阻断能力电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8参数名称参数名称参数符号参数符号最大值最大值断态重复峰值电压断态重复峰值电压(V)VRRM4500断态重复峰值电流断态重复峰值电流(mA)IRRM150通态压降通态压降(V)VF4.51正向恢复电压峰值（正向恢复电压峰值（V）Vfr80正向恢复时间正向恢复时间(us)tfr6电流变化率峰值（电流变化率峰值（A/us）di/dt600反向恢复电流峰值（反向

36、恢复电流峰值（A）Irr1200反向恢复电荷峰值（反向恢复电荷峰值（uC）Qrr3900关断能量损耗关断能量损耗(J)Err9.0 5SDF 16L4503 二极管主要参数二极管主要参数电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8n采用采用PSCAD仿真平台；仿真平台；n与与C语言内部接口，可编程，系统设计的仿真平台；语言内部接口，可编程，系统设计的仿真平台；n开通过程，仅能控制电压开通过程，仅能控制电压V，由开通前瞬间器件承受的阻断电压按照一，由开通前瞬间器件承受的阻断电压按照一定规律降为导通电压；而电流定规律降为导通电压；而电流I由负载电流决定。由负载电流决定。n关

37、断过程，仅能控制电流关断过程，仅能控制电流I，由关断前瞬间的负载电流按照一定规律降，由关断前瞬间的负载电流按照一定规律降为关断后的泄漏电流；而电压为关断后的泄漏电流；而电压V由外部电路、吸收回路决定。由外部电路、吸收回路决定。n比如：比如：关断过程中，对电流的控制关断过程中，对电流的控制下降电流拖尾电流分别用两个正弦曲线的一段来模拟电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8参数名称参数名称数值数值tdon3.5tdoff6Vces0.0027Iblock0.00005Vt01.4e-3rt0.325e-3dt50Ton50Toff150Toff2100Toff350T

38、off200k0.4电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-810.0R=05.0e-0060.653.0e-007II1.5e-008UIGIs6.0e-007GUsUdId3.0e-007IGCTCMODELAGK电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8仿真仿真结果结果技术技术手册手册IGCT开通损开通损耗耗1.87J1.5J二极管关断二极管关断损耗损耗7.10 J20us电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8反向电流流过反向电流流过 IGCTSn关断关断 大的反向恢复电流流过大的反向恢复电流流过DpaDn

39、GTODPaVG20VILoadSn电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8Gate Voltage(20 V/div)Anode CurrentDiode Current(both at 50 A/div)Anode Voltage(20 V/div)Circulating currentAnode goes negative 电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8 Sn故障机理故障机理此时如果此时如果Sp开通开通Sn 会因会因Dpa出现短路故障出现短路故障Dn也可能损坏也可能损坏DnGTODPaVG20VILoadVBUSdi/dt

40、 snubberSn电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-81)增加死区时间使得增加死区时间使得Sp开通时开通时Dpa反向恢复已结束。反向恢复已结束。2)增加增加 Sn 的最小开通时间使得的最小开通时间使得Sn关断时，其门极关断时，其门极电流已恢复到电流已恢复到Ig_dc3)增加阳极电抗以减小增加阳极电抗以减小dI/dt 和和 dV/dtSpSnDanger zoneIspIsn死区时间死区时间di/dt负载电流大于负载电流大于0时时:电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8Sp 和和 Dp 故障故障 开始时电流正向流过开始时电流正向流过

41、Sp Sp 关断关断,其两端电压上升，电流下降并转移到其两端电压上升，电流下降并转移到SPSnDPDnVBUSILoad电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8Sp 和和 Dp 故障故障DpGTODPaVG20VLoadSp 大的电流沿大的电流沿Dp和和Dpa产生产生 轻载时很严重轻载时很严重,NPN 很快关断，很快关断，Sp两端电压很快建立两端电压很快建立 Dp经历异常反向恢复过程经历异常反向恢复过程,dI/dt 无控制无控制 Dp 可能损坏可能损坏 Sp 同样可能损坏同样可能损坏 电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8Gate Voltage(20 V/div)Anode Current(50 A/div)Diode Current(50 A/div)轻载时轻载时可能变可能变为反向为反向dI/dt 不可控硬恢复dV/dt电机系柔性交流输配电研究所电机系柔性交流输配电研究所2022-8-8