通信电源系统智能浪涌保护模块的设计与防护特性

通信电源系统面临着严酷的暂态过电压应力，传统过电压保护器难以兼顾雷电过电压保护水平与长期运行可靠性，其防护失效的问题严重影响通信基站运行的安全可靠性。文中提出了一种由限压型压敏电阻与短路型可控开关组成的智能可控浪涌保护模块的设计理念，通过对直流参考电压、可控比等参数的理论分析与自动能量耦合触发电路的实验研究，研制出了智能过电压防护模块样机，并进行了性能验证实验。浪涌保护模块直流参考电压为2.16 kV，在380 V额定工频电压下运行，其工作的荷电率很低，泄漏电流很小，在标幺值为2(基准值380V)的工频过电压下依然能保持长期的可靠稳定运行。在10 kA范围内(标准8/20雷电流)，浪涌保护模块的冲击残压最大值为1.5 kV，冲击残压与直流参考电压之间的压比约为0.7，远小于常规限压型过电压保护器约1.5的压比。智能浪涌保护模块的过电压保护水平得到了显著的提升，为通信基站的稳定、安全运行提供了有力的保障。     

基于低通滤波原理的电涌保护器超低残压研究

雷电是一种低频脉冲波,频谱主要分布在低频段.通过分析雷电波频谱、Multisim电路仿真和模拟雷击测试,从频域角度研究滤波器参数与残压的关系.试验证明:匹配的LC低通滤波电路并联在电涌保护器后面,能过滤剩余电流的低频能量,降低残压波的陡度,从而获得极低的残压,达到比多台能量配合的电涌保护器更好的保护效果;各类磁心电感在...     

电源线纳秒级电磁脉冲骚扰防护模块设计

针对常用雷电浪涌保护器无法应对快上升沿电磁脉冲骚扰的问题,设计了一种针对电源线的纳秒级电磁脉冲骚扰综合防护模块。该模块使用时域瞬态抑制和频域滤波相结合的方法,将压敏电阻和瞬态电压抑制器(transient voltage suppressor,TVS)作为瞬态抑制电路的主要器件,并研究了中间去耦电感对两种器件配合的影响;滤波模块考虑了线上共模和差模电磁脉冲干扰的防护。试验结果表明,该模块综合发挥了瞬态抑制和频域滤波的优势,可有效将1.5 kV电磁脉冲信号限制到100 V以下,具有较理想的防护效果。     

压接型IGBT器件内部杂散电感差异对瞬态电流分布影响规律研究

压接型IGBT器件内部多颗芯片的并联连接是提高其电流等级的重要手段。然而,IGBT芯片之间的瞬态电流不均衡是限制其电流提升的主要原因之一。研究压接型IGBT器件内部的瞬态电流分布规律对于规模化IGBT并联封装设计具有重要意义。该文首先通过有限元软件提取了压接型IGBT器件内部的栅极、集电极和发射极的杂散电感,得到三个杂散电感随IGBT芯片不同位置的变化规律;其次对三个杂散电感差异下的电流分布进行了理论分析,发现电流分布主要受到功率回路和驱动回路的公共支路上杂散电感的影响;同时分别对开通和关断过程中IGBT芯片内部的载流子变化过程进行分析,发现发射极杂散电感差异主要影响开通过程的电流不均衡;然后针对三个杂散电感差异分别进行电路仿真,得到杂散电感差异对电流分布的影响规律,仿真结果验证了理论分析的有效性;最后建立了两芯片的并联均流双脉冲实验平台,平台能够调节两支路之间的杂散电感差异,实验结果进一步验证了该文理论分析的有效性。     

IGBT模块的杂散参数计算与封装设计研究

绝缘栅型双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块由于线路杂散电感的存在使得在开通和关断的瞬态过程中产生过大的电压尖峰,过压会使IGBT芯片的集电极电流增大从而导致结温上升,且其是导致IGBT模块失效的一个重要因素,通过有限元仿真软件Ansoft Q3D Extractor对键合线结构IGBT模块的杂散参数进行计算并对其封装结构进行优化,设计可有效降低IGBT模块杂散参数的平板封装结构,结果显示平板封装IGBT模块的主回路杂散电感为11.365 n H,电阻为0.409 m?,与键合线结构IGBT模块相比,杂散电感降低55.1%,电阻降低13.2%。     

电阻器

21.压敏电阻的主要用途 压敏电阻由于能有效地吸收浪涌电压,且规格和品种繁多,故应用十分广泛。 (1)在各种电气设备中作过压保护,浪涌抑制。 (2)在电子仪器中吸收浪涌电流,作过压保护。 (3)在各种电子电路中作超压保护,各种继电器的接点保护。 (4)在各种交、直流电机、变压器、高、低压电器开关柜、真空开关及防爆开关等电气设备的操作过压保护。 (5)作雷击感应过压保护、晶闸管等的浪涌抑制。 (6)在家用电器中作防雷保护,过压保护和浪涌电压吸收等。 22.常用压敏电阻的主要技术参数资料     

大容量变流器中IGBT关断过电压抑制技术研究

随着抽蓄机组向着更大系统容量方向的发展,需要大容量的变流器与之配套,大容量变流器对高压、大容量绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的封装特性和电气性能也提出了更高要求,压接式IGBT具有高功率等级、易于功率阀组的搭建等优点,在大容量变流器中得到了成熟应用。受功率阀组主回路中杂散电感及IGBT反并联二极管浪涌电压的影响,IGBT在关断过程中会产生电压过冲,针对应用于300 MW级变速抽蓄机组的大容量变流器,通过双脉冲和仿真估算变流器功率阀组主回路中的杂散电感,提出了一种综合抑制IGBT关断过电压的方法,并在实际系统上验证了该方法的可行性。     

浪涌试验损坏电子镇流器／电子变压器三极管问题探讨

浪涌试验是模拟雷击或开关操作的一项EMC抗扰度试验。浪涌冲击会损坏灯具或家电产品中半导体功率器件,在电源整流回路中加接压敏电阻可起到一定的保护电路作用。压敏电阻的接入位置尽可能在EMI滤波器的共模扼流圈之后,但离三极管或其它半导体功率器件要尽可能远些,以免压敏电阻的响应时间会延误对三极管的有效保护。     

基于半桥模块的母排设计与并联IGBT均流分析

针对大容量储能变频器的并联绝缘栅双极型晶体管(IGBT)均流问题,首先建立半桥模块功率回路杂散参数与不均流度的数学模型,分析功率回路杂散参数对并联IGBT均流的影响.然后提出一种基于半桥模块的母排设计方案,借助Maxwell,PSIM仿真工具提取母排杂散参数并迭代优化.最终搭建基于半桥模块的4并联IGBT双脉冲试验台.试验结果表明,并联IGBT功率回路杂散电感、杂散电阻偏差值与不均流度正相关,通过对母排多次迭代优化设计,最终降低了并联IGBT动态和静态不均流度,验证了功率回路数学模型的正确性.     

低压高能压敏电阻在汽车电气回路中的应用

本文综合介绍了在汽车电气回路中可能发生的过电压,以及对低压高能压敏电阻浪涌吸收器的技术要求,并给出了应用实例。     

CO2弧焊电源主电路中RC缓冲电路设计

全桥逆变CO_2弧焊电源主电路IGBT开关动作时,在续流回路中由于负载的巨大变化及变压器的电感作用而形成电流、电压冲击,造成IGBT工作的不稳定.根据弧焊电源的工作原理设计了电弧负栽仿真模块,建立了弧焊逆变主电路仿真模型,动态地仿真了焊接过程中负载频繁突变的特点.通过仿真分析得知,在续流过程中IGBT能够理想关断轨迹的条件是续流二极管不开通.根据具体的主电路参数和电路工作的续流初始时刻以及IGBT开通时,缓冲电容放电对参数的影响,计算出合理开关轨迹下RC缓冲电路中的电阻值,根据缓冲回路电阻的功率限制和开关轨迹的要求计算缓冲电容值.试验证明了弧焊逆变主电路仿真模型的正确性、IGBT理想关断轨迹条件的合理性及RC参数设计公式的正确性.     

一种新的中压电机调速法--转子变频调速

介绍一种用中功率IGBT低压变频器调节大功率风机和泵用中压电机转速的方法——转子变频调速。采用该调速法的变频器主电路简单、无电抗器、运行功率因数高、谐波小、起动和旁路容易。     

多重雷击引起220kV断路器损坏的事故分析

针对220 kV线路雷击故障时雷电波侵入220 kV变电站内,引起220 kV断路器断口绝缘击穿,导致断路器内部损坏,建议开展110、220 kV SF_6断路器雷电冲击、反极性工频联合电压试验,并在强雷地区变电站110、220 kV架空出线侧加装避雷器保护。这些线路避雷器除了能防止断口内外闪络,也可以保护母线上的其他电气设备,显著地减少雷击的危害。     

不同工况下断路器过电压仿真及防护措施

针对近年来敞开式变电站内断路器雷击频繁损坏问题,在电磁暂态计算程序EMTP中建立计及工频电压和感应电压影响的仿真分析模型,仿真计算了断路器在不同工况下的过电压水平,分析了断路器损坏的原因,对比了两种不同方案的雷击防护效果。结果表明,断路器断开下遭受雷击产生的过电压是导致其绝缘击穿损坏的主要原因;对于500kV及以上电压等级线路,断路器绕击侵入波过电压较反击严重;雷击下断路器有效防护方式是在其线路侧安装无间隙避雷器,避雷器安装位置不宜直接套用规程的做法,可通过仿真计算后确定,本文研究结果可供相关人员参考。     

Characteristics of lightning surges observed at 77 kV substations

In order to improve power supply reliability, it is necessary to prevent lightning faults in transmission lines and substation apparatus. However, faults are caused occasionally in lower-voltage power systems, particularly at the 77 kV level. The governing factor for insulation strength of substation apparatus is the lightning impulse voltage, and it is necessary to know the voltage level and distribution in a substation caused by lightning surges in order to investigate rational insulation coordination. For this purpose, the authors measured lightning surges at two 77 kV conventional substations from 1990 to 1993. In this paper, the characteristics of induced lightning surges and back flashover lightning surges are described. Comparisons of related surge voltages at two substations, the power line phases in grounding faults, and the equivalent capacitance of the substations are also discussed.     

A Low‐Loss Medium‐Voltage Inverter Applying Series Connected General Purpose 1.2 kV Insulated Gate Bipolar Transistors with Accurate Voltage Balancing Techniques

This paper presents a medium‐voltage inverter applying series connected general‐purpose 1.2 kV insulated gate bipolar transistors (IGBTs) as a switching device to achieve low switching losses compared to inverters applying high‐voltage IGBTs with over 3 kV rating. Gate signal synchronization, which is essential to keep the balance of collector‐emitter voltages across the IGBTs, is achieved by magnetically coupling all gate lines using a simple two‐windings transformer. In order to obtain better voltage balancing, influence of stray capacitance distribution associated with an insulating substrate in a two‐in‐one IGBT module on the voltage sharing is investigated, and an optimized layout of heat sinks for the IGBT modules is proposed. To validate some performances concerning the device losses and the voltage sharing, a 170 kVA inverter based on three 1.2 kV IGBTs connected in series is built and evaluated. The experimental results are shown. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Results of lightning impulse tests for a 275‐kV full GIS substation

This paper describes the outline and results of the lightning impulse tests for a 275‐kV full GIS substation. The behavior of lightning surges is a very important factor for the rational design of substations and low‐voltage and control circuits inside the substations. For the above reason, we carried out lightning impulse tests for a new 275‐kV full GIS substation. In these tests, we measured voltage induced in low‐voltage and control circuits, transient characteristics of grounding grid, injected voltage and current waveforms, and so on. By investigating these data, we confirmed the behavior of lightning surges inside the substation. We also compared simulated waveforms by EMTP analysis with the measured waveforms. The simulated results agreed well with the measured results. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 146(1): 46–58, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10230     

逆变器开关管变驱动电流技术研究

传统的逆变器驱动电路中,驱动电流是按开关管最大关断电流下的最高电压尖峰来设计且是固定的,但在最大关断电流以下的工作状态,关断电压尖峰较小,IGBT有较大的安全电压裕量,牺牲了器件效率。为此提出一种逆变器变驱动电流技术及电路。该电路的驱动关断电流随开关管关断电流的下降而上升,提高了开关管在全负载范围下的关断速度,降低了IGBT的关断损耗。设计的原则是,关断电压尖峰不会超过最大允许值,且调节是实时进行的。讨论了关断电压尖峰与关断电流、驱动电流和漏感之间的关系。在一个230 V DC输入/80 V AC交流输出/500 W额定负载的单相半桥逆变器上进行测试,结果表明采用所提驱动电路,额定负载下效率较传统驱动提升近0.7%,实现了驱动电路的优化。     

1140V链式STATCOM IGBT尖峰抑制与驱动电路设计

针对大功率链式STATCOM中的IGBT模块关断时产生的尖峰问题,本文首先对IGBT尖峰产生机理进行了详细的分析,在此基础上提出了低杂散电感和简化缓冲电路的设计.通过合适的器件选取和叠层母线的设计应用来降低回路中的杂散电感,再加上简化的缓冲电路,能够有效地抑制尖峰电压,保证IGBT工作在安全工作区内,减少系统损耗.给出...     

基于H桥变流器的IGBT开路故障诊断

为了实现H桥变流器中IGBT开路故障的定位,提出了一种基于双重傅里叶积分的精确解析法,深入研究了H桥变流器中的IGBT在正常和开路故障时输出电压的谐波性能。H桥变流器中的IGBT在不同故障下,其输出电压直流量的幅值和奇偶次谐波的相位发生变化,将此作为IGBT故障的特征。在6k V级联STATCOM装置中进行实验验证。研究成果表明,该方法可以有效实现IGBT开路故障的定位。