大功率变流器的拓扑结构与器件选择

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1、2004年第2期机车电传动№2,20042004年3月10日ELECTRICDRIVEFORLOCOMOTIVESMar.10,2004综大功率变流器的拓扑结构与器件选择述与评于飞，张晓锋，李槐树，叶志浩论(海军工程大学电气工程系，湖北武汉430033)作者简介：于飞（1975-），男，1998年本科毕业于海军摘要：详细阐述了IGCT、ETO、IEGT等新型器件的技术特点和应用前景以及矩阵式变工程大学电气工程系，2001流器、多点式变流器和多相逆变器等高性能、大功率变流器的结构、特性与应用状况，提出了年获海军工程大学电力系统及其自动化专业硕士学适用于电力推进的大功率变流器的选

2、择方案。位，现为博士研究生，主要关键词：大功率变流器；拓朴结构；ETO；IEGT；多相逆变器，多点式变流器研究方向为电力系统自动中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1000-128X(2004)02-0005-04化及舰船电力推进技术；Topologicalstructureanddeviceselectionforhigh-powerconverterYUFei,ZHANGXiao-feng,LIHuai-shu,YEZhi-hao(Dept.ofElectricalEngineering,NavalUniversityofEngineering,Wuhan,Hub

3、ei430033,China)张晓峰（1963-），男，1982年Abstract:TechnicalcharacteristicsandapplicationpreviewsofnewdevicesasIGCT,ETOandIEGT毕业于海军工程大学电气aredetailed.Alsodiscussedarethestructures,performancesandapplicationsofhighperformancepower工程系，1996年获清华大学converterslikematrixconverter,multilevelconverterandmulti-

4、phaseinverteretc.Optionalschemesarepro-电机专业博士学位，教授，博士生导师，研究方向为电posedforhighpowerconverters.力系统自动化及舰艇电力Keywords:high-powerconverter；topologicalstructure；ETO；IEGT；multi-phaseinverter；推进技术。multilevelconverter电压或功率等级也很难与高压、大功率推进电机相匹0引言配，因此采用适当形式的拓扑结构来提升变流器的容随着电力电子技术和交流调速技术的飞跃发展，量是十分必要的。本文将介绍一些新

5、型大功率器件如船舶的电力推进用变流器由于其显著的优点正在引IGCT、ETO、MTO、IEGT等的结构、特性与应用状况，起广泛的注意。在电力推进技术中要求推进电动机输同时对高压大功率变流器的拓扑结构及其相关问题出数十兆瓦的推进功率，同时能够适应各种不同的工进行分析。况，这对供电的变流器及其电力电子器件的容量和性能提出了较高的要求。1新型大功率电力电子器件在目前应用较为广泛的大功率电力电子器件中，1.1集成门极换流晶闸管(IGCT)晶闸管是半控型器件，可关断晶闸管（GTO）的开关性IGCT是ABB公司专门针对中压大功率变流器而能不好，驱动困难。而绝缘栅双极晶体管(IGBT)虽然设

6、计的一种新型开关器件。它的全称是集成门极换流各种性能指标相对比较好，但是以其目前的容量还不晶闸管(IntegratedGate-CommutatedThyristor)，其主器能满足兆瓦级电力推进的需要。在这种情况下，一些件称为GCT，是在GTO技术的基础上经过一些技术改新的高性能大功率器件值得注意。另一方面，基于常良后形成的新型器件，把GCT和门极驱动电路集成，规器件的三相交交或交直交变流器所能提供的输出[1]称为IGCT。IGCT目前的容量已经达到6kV/6kA。收稿日期：2003-07-01；收修改稿日期：2003-11-11GCT主要特点是在GTO技术的基础上采用了硬

7、—5—机车电传动2004年[1]驱动的概念，实现了单位关断增益，这大大加快了在ETO关断时，发射极开关Q关断，门极开关QEG关断过程，同时也减小了关断损耗。同时IGCT由于采导通，GTO的阴极电流几乎在其阳极电压上升之前就用了独特的缓冲层和透明阳极技术，把晶闸管和晶体全部经过门极旁路，这样就实现了所谓的单位增益关管两类器件的优点结合成一体，因此在导通期间具有断，它会使存储时间大大降低，大约只有1μs的时间，晶闸管的特性，传导电流大，通态损耗低，而在关断远低于GTO的20μs。另外，这种特殊的结构使ETO