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适用于直流开断的IGCT串联均压技术

高电压技术 2018年第2期44卷 409-416页

作者：屈鲁张翔宇陈政宇余占清曾嵘电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机工程与应用电子技术系)

电力电子器件的串并联是目前解决和实现高压、大功率直流断路器、电力电子变换器的主要组合方式。为此,围绕适用于高压直流开断的电力电子器件串并联技术,开展了面向瞬态开断的多器件静态及动态均压技术研究。首先,分析了集成门极换流... 详细信息

电力电子器件的串并联是目前解决和实现高压、大功率直流断路器、电力电子变换器的主要组合方式。为此,围绕适用于高压直流开断的电力电子器件串并联技术,开展了面向瞬态开断的多器件静态及动态均压技术研究。首先,分析了集成门极换流晶闸管（integrated gate-commutated thyristor,IGCT）串联不均压原因及IGCT串联均压技术,以给出适用于直流开断的IGCT串联均压方案;其次,分析了缓冲电容、缓冲电阻和关断触发时间的差异对均压特性的影响;最后,搭建4个IGCT串联的电力电子阀组并进行实验验证。研究结果表明：（1）适用于直流开断的IGCT串联静态均压可通过并联静态均压电阻实现,负载侧动态均压可通过并联缓冲阻容电路的无源缓冲方法实现;（2）缓冲电容越大、缓冲电阻越小,过电压就越小;触发信号时间差越大,不均压程度就越大;（3）10.5 k V/1.5 k A阀组开断实验不均压系数为5.71%,均压效果良好;（4）基于模块化电力电子串联阀组,进行了混合式直流断路器整体联调实验,3.0 ms时间后关断短路电流为3.6 k A,关断产生过电压为21 k V。通过实验验证了适用于高压直流开断的IGCT串联阀组均压方案的可行性,可以为实现瞬态开断的模块化电力电子串联阀组工程应用提供技术基础。

关键词：直流断路器集成门极换流晶闸管 IGCT 串联阀组静态均匀动态均压

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高功率聚变磁体电源桥臂直通故障分析及仿真

核聚变与等离子体物理 2023年第1期43卷 12-17页

作者：王震何诗英黄连生陈晓娇陈涛王振尚中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

高功率聚变磁体电源采用三电平中点钳位型(NPC)电压源变流器(VSC)拓扑,在变流器桥臂直通故障情况下,其直流侧电容的充放电使故障暂态过程较为复杂,为变流器故障分析带来挑战。针对这一问题,以3kV、6kA三电平IGCT大功率VSC为背景,建立了... 详细信息

高功率聚变磁体电源采用三电平中点钳位型(NPC)电压源变流器(VSC)拓扑,在变流器桥臂直通故障情况下,其直流侧电容的充放电使故障暂态过程较为复杂,为变流器故障分析带来挑战。针对这一问题,以3kV、6kA三电平IGCT大功率VSC为背景,建立了桥臂直通故障暂态等效数学模型。将整个故障过程分为直流侧电容放电和二极管导通两个阶段,详细分析了该故障情况下电压及电流的变化趋势,为后期保护方案的设计奠定基础。Matlab仿真结果表明了该分析方法的可靠性。

关键词：聚变磁体电源三电平变流器 IGCT 故障分析

一种基于IGCT的地面自动过分相方案及其电压切换控制策略研究

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电网技术 2023年第11期47卷 4801-4809页

作者：张智李凯张智博郑琼林郝瑞祥游小杰北京交通大学电气工程学院北京市海淀区100044 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京市海淀区100081

针对传统基于晶闸管的地面自动过分相系统中电力机车仍存在毫秒级的失电时间且可能面临励磁涌流的问题,提出一种基于集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)的地面自动过分相方案,采用IGCT取代晶闸管阀组进行... 详细信息

针对传统基于晶闸管的地面自动过分相系统中电力机车仍存在毫秒级的失电时间且可能面临励磁涌流的问题,提出一种基于集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)的地面自动过分相方案,采用IGCT取代晶闸管阀组进行中性区电压切换,实现开关开通和关断时间的完全可控。进一步基于磁链分析,以中性区电压切换后电力机车主变压器不产生磁偏为控制目标提出不同供电臂相位差情况下基于IGCT的地面自动过分相方案的电压切换控制策略,并搭接仿真模型对其工作效果进行验证。仿真结果表明,所提方案可以将列车的失电时间进一步缩短至几百微秒且有效避免电力机车主变压器的励磁涌流,减小电分相对列车运行的影响。

关键词：自动过分相励磁涌流失电时间 IGCT 电压切换

大功率IGCT变流器钳位电路参数的设计方法

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电网技术 2014年第6期38卷 1621-1626页

作者：李宁王跃张长松姚为正王兆安西安交通大学电气工程学院陕西省西安市710049 国家电网许继集团河南省许昌市461000

分析了集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)关断过程中缓冲及钳位电路的工作状态,推导了关断过程中钳位电容电压和缓冲电感电流的微分方程。在此基础上,提出了一种IGCT钳位电路参数设计方法。与ABB公司经验... 详细信息

分析了集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)关断过程中缓冲及钳位电路的工作状态,推导了关断过程中钳位电容电压和缓冲电感电流的微分方程。在此基础上,提出了一种IGCT钳位电路参数设计方法。与ABB公司经验公式相比,所提钳位电路参数设计方法不含经验系数;同时应用所提方法可减小钳位电阻的功率等级和系统损耗。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性。

关键词： IGCT 钳位电路微分方程参数设计

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IGCT的状态检测与逻辑控制

电工技术学报 2012年第8期27卷 261-269页

作者：谢路耀金新民童亦斌吴学智北京交通大学新能源研究所北京100044

门极驱动单元是集成门极换流晶闸管(IGCT)的重要组成部分。除了完成强触发导通与门极换流关断外,门极驱动单元还必须具备可靠的工作状态检测与逻辑控制功能。本文将从门极换流晶闸管(GCT)芯片的基本结构与IGCT驱动的基本原理出发,结合... 详细信息

门极驱动单元是集成门极换流晶闸管(IGCT)的重要组成部分。除了完成强触发导通与门极换流关断外,门极驱动单元还必须具备可靠的工作状态检测与逻辑控制功能。本文将从门极换流晶闸管(GCT)芯片的基本结构与IGCT驱动的基本原理出发,结合工业上广泛应用的NPC三电平拓扑,分析不同工况下GCT门阴极电位变化的基本机理,以及各个工况对门极驱动逻辑控制的要求。最后设计了一种带有精确状态检测功能的门极驱动单元,并在一个自主研发的NPC三电平功率模块上进行了功能测试。实验得到了各个工况下IGCT换流过程与门极驱动单元检测电路的实际波形,验证了门极驱动单元具有优异的状态检测与逻辑控制功能。

关键词： GCT IGCT 集成门极驱动单元硬驱动状态检测

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直流断路器并联IGCT的仿真与试验研究

电器与能效管理技术 2022年第10期 56-61页

作者：刘骁暘周柳海军驻上海地区军事代表局驻上海地区第一军事代表室上海200083 上海电器科学研究所(集团)有限公司上海200063

在常规电流注入式直流断路器两端并联了包含IGCT的电力电子组件,依靠该组件实现断路器额定电流的开断、短路电流的分流及换流过程的续流,从而降低了快速真空断路器的开断压力。针对短路电流开断过程中IGCT存在反向电流工况,分析反并联... 详细信息

在常规电流注入式直流断路器两端并联了包含IGCT的电力电子组件,依靠该组件实现断路器额定电流的开断、短路电流的分流及换流过程的续流,从而降低了快速真空断路器的开断压力。针对短路电流开断过程中IGCT存在反向电流工况,分析反并联二极管续流支路杂散电感对IGCT反向电流影响,提出了降低反并联二极管续流支路杂散电感的改进方案。通过仿真与试验,验证了改进方案可以有效消除IGCT反向电流现象,提升IGCT应用可靠性以及工程实际应用的可行性。

关键词：电流注入式直流断路器 IGCT 反流反并联二极管杂散电感

基于IGCT的短电弧机床加工脉冲电源的设计

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机械设计与研究 2016年第1期32卷 110-113页

作者：尹贻梁许燕周建平新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047 西安交通大学机械工程学院西安710049

短电弧脉冲电源是短电弧加工机床的重要组成部分,脉冲电源性能的优劣将直接关系到加工的速度、精度、效率和表面粗糙度等。根据短电弧加工的性能特点和IGCT的优势,提出了一种基于IGCT的短电弧脉冲电源的拓扑结构设计,通过仿真与实验,验... 详细信息

短电弧脉冲电源是短电弧加工机床的重要组成部分,脉冲电源性能的优劣将直接关系到加工的速度、精度、效率和表面粗糙度等。根据短电弧加工的性能特点和IGCT的优势,提出了一种基于IGCT的短电弧脉冲电源的拓扑结构设计,通过仿真与实验,验证了设计的合理性,为短电弧脉冲电源的研究提供了一种新的思路。

关键词：脉冲电源短电弧加工 IGCT 全桥逆变

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IGCT驱动电路散热分析与研究

西安石油大学学报（自然科学版） 2018年第6期33卷 118-123页

作者：宋阳于磊西安石油大学电子工程学院陕西西安710065 西安理工大学自动与信息工程学院陕西西安710048

集成门极换流晶闸管(IGCT)是将封装好的门极换流晶闸管(GCT)通过印制电路板(PCB)集成在一起而形成的整体,作为承载体的PCB的散热直接影响到整个电路的可靠工作。根据IGCT的结构特点和电路原理设计了一套完整的PCB版图,研究驱动电路PCB... 详细信息

集成门极换流晶闸管(IGCT)是将封装好的门极换流晶闸管(GCT)通过印制电路板(PCB)集成在一起而形成的整体,作为承载体的PCB的散热直接影响到整个电路的可靠工作。根据IGCT的结构特点和电路原理设计了一套完整的PCB版图,研究驱动电路PCB的散热特性,利用Flotherm软件对GCT芯片及驱动电路板进行热分析,建立散热模型,完成IGCT整体热仿真,提出了外加强制风冷散热器的设计方案。进一步对不同散热片厚度下的温度分布进行仿真分析,将自然对流和强制风冷散热效果进行对比,结果表明该气冷方案满足IGCT整体散热要求,为整个IGCT可靠工作提供了保障。

关键词： IGCT PCB 驱动电路散热特性热仿真

基于DSP的IGCT驱动器逻辑与监控系统设计

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基于DSP的IGCT驱动器逻辑与监控系统设计

作者：郭俐廷西安理工大学

学位级别：硕士

集成门极换流晶闸管(IGCT)具有门极可关断晶闸管(GTO)低的通态压降和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)快的开关速度,因此被广泛应用于电力系统、逆变器等中高压大功率场合。GCT的稳定工作需要驱动器的紧密配合,其中逻辑监控系统决定着驱动器能... 详细信息

集成门极换流晶闸管(IGCT)具有门极可关断晶闸管(GTO)低的通态压降和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)快的开关速度,因此被广泛应用于电力系统、逆变器等中高压大功率场合。GCT的稳定工作需要驱动器的紧密配合,其中逻辑监控系统决定着驱动器能否正常工作。本文以4kA/4.5kV非对称型IGCT为例.首先分析了门极驱动器的工作原理及其构成:其次,为了监控IGCT的工作状态,基于DSP芯片设计了驱动器的逻辑监控系统,同时对其辅助电源和通信模块进行了分析与设计,完成了相关电路的仿真分析,最后对所设计的系统进行了验证。主要研究内容如下:第一,分析了驱动器监控系统的构成及其逻辑控制模块对开通、关断、维持电路的控制时序和光纤模块对驱动器的控制方法:研究了IGCT重触发原理以及在NPC三电平逆变器电路应用时IGCT的门·阴极电位变化与工作状态。第二,完成了逻辑与监控系统的设计与验证。设计了系统的状态检测、温度检测以及辅助电源电压检测电路,利用Candencel6.5软件进行了电路仿真验证;采用DSP芯片实现对IGCT有效的开通和关断以及四种故障状态的检测和反馈,并利用DSP开发板对逻辑控制模块进行了实验验证:为了减小充电电流纹波因数,采用交错并联技术设计了驱动器的辅助电源,并进行了相应的电路仿真和验证。第三,利用Modbus协议构建了IGCT驱动器与上位机之间的通讯系统,可以同时对IGCT工作过程中的多个状态进行实时监测。该研究成果为IGCT门极驱动器的研发提供一定的参考价值。

关键词： IGCT 门极驱动器 DSP 逻辑控制监控交错并联