[maximiz 0]

Yong Li. Unified zero-current-transition technique for high power three-phase PWM inverters. 2002. Virginia Polytechnic Institute. Диссер, 305 страниц на английском, теория и рабочие макеты электропривода трехфазного на 5кВт и 55кВт.

 

http://arcweld.mylivepage.ru/file/227_%D0%...%89%D0%B8%D0%B5

[syoma 1]

Под мягкой комутацией я подразумевал включение и выключение при токе близком к 0, т.е. диамические потери были минимальны.

 

Так Вы ж написали, что 10кГц и 100А. А 100А - это ж наверное 50Гц или меньше? Иначе зачем тогда IGBT использовать - можно и тиристоры поставить - если при 0 выключаться.

 

А я вот сейчас буду моделировать температурный режим IGBT со всеми коммутациями. И по самым оптимистическим подсчетам - и это подтверждается в статьях - всего лишь в течение одного периода 50ти герцового тока, скажем 600А, и при частоте коммутации скажем 1.5кГц происходит всего лишь 30 переключений за один период. Но они происходят только половину периода, так как во второй половине другой транзистор работает. Так вот при этом температура кремния внутри транзистора скачет аж до 40 градусов выше корпусной. То есть если температура корпуса транзистора 85 градусов, то когда он коммутирует пиковое значение тока - температура перехода кратковременно может достичь 125 градусов, а затем в течение второго полупериода она снижается до корпусных значений - и так 50 раз в секунду.

Весело им жить да? :twak:

[_Pasha 0]

Но они происходят только половину периода, так как во второй половине другой транзистор работает.

Вы имеете в виду Neutral Point Clamped инвертор или полумост?

[syoma 1]

Вы имеете в виду Neutral Point Clamped инвертор или полумост?

Sorry - NPC конечно - в полумосту всего ж 2 транзистора - и им всегда работать надо.

[_Pasha 0]

Sorry - NPC конечно - в полумосту всего ж 2 транзистора - и им всегда работать надо.

 

Это я к тому уточнил, что для расчетов Вы, наверное, Simulink пользовать станете. То есть собственными наработками. Потому что MELCOSIM/IPOSIM/SEMISEL не умеют NPC. Поделитесь, пожалуйста, источником параметров для столь обширной тепловой модели, включающей остывание целого модуля.

[syoma 1]

Это я к тому уточнил, что для расчетов Вы, наверное, Simulink пользовать станете. То есть собственными наработками. Потому что MELCOSIM/IPOSIM/SEMISEL не умеют NPC. Поделитесь, пожалуйста, источником параметров для столь обширной тепловой модели, включающей остывание целого модуля.

В принципе я еще даже не смотрел есть ли чего готового - навскидку в инете много чего найти можно - ведь не я первый такой расчет сделать хочу.

Спасибо за наводки на программы - посмотрю что они умеют.

В принципе пока я собираюсь моделировать по эквивалентной электрической схеме с источником тока и последовательными RC - цепочками на землю. То есть источник тока моделирует источник тепла - резисторы и конденсаторы - теплопроводности материалов, а напряжения - температуры - не знаю насколько такая схема приближается к реальности, но в инете достаточно распространена. Для нее в любом даташите на IGBT есть формулы для вычисления теплового сопротивления и тепловой емкости, по постоянным времени.

К сожалению это не я считал, а мой коллега, который инвертер собирал, но точно он это сделал только на информации из даташита. В итоге у меня сейчас есть схема из 6 RC цепочек. Значения R и С подсчитаны из даташита.

Например для моего 1200А модуля на 3кВ:

Самая первая цепочка - Кремний - Аллюминий - состоит из сопротивления 0,632е-3 К/Вт и конденсатора 2,484 Дж/К. Постоянная времени 1,57мс

и так далее для всех переходов: Ал-Чего-то там - Керамика - Медная подложка - Радиатор - Вода.

По крайней мере резисторы в этой схеме проверили просто - при постоянном токе - при температуре воды 50 град и 25кВт мощности температура кристалла составила 85 град - это примерно мы смогли измерить.

Но самое то интересное - это конденсаторы.

И вот построить импульсный генератор тока(мощности) для этой схемы - самое интересное.

Мой коллега специально для этого на рабочем инверторе умудрился посчитать энергию, выделяемую при переключении транзистора - хотя в принципе она почти совпала с даташитом, так что можно оттуда взять. А она ж зависит от тока через транзистор и температуры.

А у меня есть в симулинке работающая модель системы управления инвертером, которая на выходе генерит форму тока через транзистор и диаграммы включения и выключения для каждого транзитсора.

Таким образом я хочу, чтоб матлаб по этим диаграммам и току через IGBT в каждый момент времени вычислял выделяемую мощность с учетом энергии переключения и потерь на активном сопротивлении канала, и запихивал это в тепловую модель. В итоге я должен получить профиль нагрева кристалла на протяжении всего периода 50гц. Также если моделировать подольше можно посмотреть как будет изменяться долговременная температура.

А в принципе вообще я это делаю для того чтобы определить возможность перегрузки инвертера например в течении 1сек током в 2р больше номинального - возможно ли это в принципе - то есть не достигнет ли температура кристалла критической за это время и за сколько кристалл охладится обратно если эту перегрузку убрать. При чем интересно будет увидеть - не подскачет ли температура до критической за 1 период и как она себя поведет в течение пары десятков периодов - ведь кристал уже ж не будет успевать охлаждаться - значит когда-то ароизойдет перегрев и надо понять когда.

[_Pasha 0]

Но самое то интересное - это конденсаторы.

 

Не назвал я еще HEXRISE от International Rectifier.

Там можно в динамике, с учетом накопления тепла, посчитать. Но для одного транзистора и, ессно, только продукция IR.

Остальные названные программы - удобный экспресс-анализ для типичных конфигураций и условий работы.

А на счет NPC - имхо, надо без учета тепловой связи между модулями, потому как дело это темное. А минимизировать оную связь можно и конструктивно :)

[Omen_13 0]

Так Вы ж написали, что 10кГц и 100А. А 100А - это ж наверное 50Гц или меньше? Иначе зачем тогда IGBT использовать - можно и тиристоры поставить - если при 0 выключаться.

:07: Вообще-то я говорил о индукционном нагреве, а у вас электропривод с рекуперацией :beer:

Силовые тиристоры на 60...100 кГц это круто

[SAVC 1]

Практический вопрос - какая длина считается приемлемой ?

Например, судя по картинке

http://electronix.ru/forum/uploads/post-5466-1117452645.jpg

от платки с драйвером(которая торчит)

до транзисторов(если они находятся прямо под радиаторами) сантиметров 10-15 наберется.

Какими проводниками лучше пользоватся на участке "драйвер - транзистор" для снижения индуктивности ?

 

Я понимаю - идеальный вариант - драйвер на платке прямо около транзистора,

но это не всегда приемлемо.

 

Можно ли пытатся скомпенсировать влияние индуктивности проводов выбором

драйвера с большим током ?

Нет ли за этим решением каких-либо неприятностей ?

 

Из опыта управления IGBT - важно согласовать волновое сопротивление лини передачи от выхода драйвера до входа транзистора.

Сам сначала не понял этой фишки и гонялся за уменьшением индуктивности подводящих проводов.

Требовалось управлять транзистором IRG4PH50S при помощи драйвера IR2121

 

Выходное сопротивление драйвера при заряде затвора 8 Ом, при разряде 4 Ом.

Подпаяв микросхему даже напрямую ко входу транзистора проблему не решил.

 

А дело вот в чём: имеем классическую линию передачи, работающую на емкостную нагрузку.

Согласование можно обеспечить либо поставив резистор на выходе линии (отпадает), либо включив последовательно с линией на передающей стороне.

В последнем случае имеем классику - затворный резистор. Сопротивление резистора + выходное сопротивление драйвера должно равняться волновому сопротивлению линии.

 

Эксперимент:

Линия передачи с волновым сопротивлением 11 Ом.

Включены параллельно 6 отрезков равной длины плоского кабеля с Z=66 Ом

Использовал 80 жильный IDE - шлейф :)

К выходу драйвера подключен резистор, после него вход линии передачи. Выход линии передачи подпаян ко входу IGBT вблизи корпуса.

 

Выглядело это примерно так:

 

 

Меняя сопротивление резистора, наблюдаю картинку на входе IGBT и добиваюсь согласования.

При сопротивлении резистора 2,7 Ом наилучшая форма импульса.

Что изумительно совпало с расчётами:

2.7 + 8 = 10.7

66 / 6 = 11

Примем во внимание погрешность в измерении выходного сопротивления драйвера и разброс параметров шлейфа.

 

Вот картинка на затворе:

 

 

Потом ещё пробовал вот такую весчь:

 

 

Результат: имеется "полочка" сопротивлений согласующего резистора, при которых картинка на затворе практически не изменяется.

Это следствие взаимовлияния линий передач.

Диапазон сопротивлений в этом случае 1.8 Ом ... 2.2 Ом.

 

Длина шлейфа чуть больше 10см.

На бОльших длинах получается даже лучше - меньше неоднородность лини передачи.

Вот так. Чем больше "провод" - тем лучше :)

А вы говорите, поближе к IGBT :)

Правда, задержка сигнала возрастает.

Думаю, это пока не существенно :)

 

Следующий опыт, который хотел поставить - сделать драйвер на 3х слойной печатной плате, реализовав линию передачи в виде микрополосковой линии и избавиться от затворного резистора вовсе...

Но, планы резко изменились и проект повис в воздухе.

[_Pasha 0]

Эксперимент:

Как в ТВ-рекламе: "Не пытайтесь повторить увиденное на экране".

Я страх как боюсь этих экспериментов по одной причине:

когда через Cres_off повалится весь этот понос, кто заткнет затвор? Длинная линия?

[SAVC 1]

Как в ТВ-рекламе: "Не пытайтесь повторить увиденное на экране".

Я страх как боюсь этих экспериментов по одной причине:

когда через Cres_off повалится весь этот понос, кто заткнет затвор? Длинная линия?

Что есть Cres_off ?

Понос - это не технический термин.

Выражайтесь конкретнее и корректнее.

 

Длинная линия затыкает затвор ничуть не хуже витой пары.

Которая по сути тоже есть длинная линия.

 

В данных условиях всё в пределах допустимого, я не призываю коммутить так же ключи на сотни ампер.

Там можно было бы применить микрополосковую или полосковую линию на печатной плате.

Если требуется - на гибкой печатной плате.

Это обеспечит низкое значение индуктивности для НЧ процесса, бегущую волну для ВЧ процесса и отличную помехозащищённость.

Для Z = 8 Ом ширина микрополоски около 1,8мм при толщине слоя изоляции 0,1мм

[syoma 1]

Из опыта управления IGBT - важно согласовать волновое сопротивление лини передачи от выхода драйвера до входа транзистора.

Сам сначала не понял этой фишки и гонялся за уменьшением индуктивности подводящих проводов.

Не знаю как у Вас, а у нас Драйвер IGBT устанавливается прямо на модуль. При этом затвору он выдает напряжение +-15В. Резисторы, конечно, стоят в цепи затвора.

http://www.igbt-driver.com/english/ тот который наверху.

Но это для 2кВ 1000А

А в домашних условиях 100А 380В - отдельные провода от драйвера где-то длинной 15-20 см сечением 0,75. И без всяких волновых сопротивлений.

[SAVC 1]

Не знаю как у Вас, а у нас Драйвер IGBT устанавливается прямо на модуль. При этом затвору он выдает напряжение +-15В. Резисторы, конечно, стоят в цепи затвора.

http://www.igbt-driver.com/english/ тот который наверху.

Но это для 2кВ 1000А

Это не у вас. Это у CONCEPT'а.

Замечу, что вся геометрия подобрана и жёстко задана.

 

А в домашних условиях 100А 380В - отдельные провода от драйвера где-то длинной 15-20 см сечением 0,75. И без всяких волновых сопротивлений.

Да, так работает. Сами так делали или что-то похожее.

Вопрос только в том, наилучшим ли образом оно работает?

Волновое сопротивление там всё же какое-то должно быть :)

Провода скручены, наверное?

Вопрос в скорости нарастания напряжения на ВХОДЕ линии передачи.

Т.е. для полноты картины нужно сказать, какие у вас драйверы и величина затворных резисторов.

Есть у вас осциллограмма напряжения на затворе?

Очень хочу посмотреть.

[syoma 1]

Вопрос только в том, наилучшим ли образом оно работает?

В принципе напряжение на затворе не меряли. Нас больше интересовали напряжения эмиттер-коллектор. Там все было нормально - как и должно быть при работе инвертора. Поэтому дальше и не заморачивались.

А что значит наилучшим образом, я не понимаю. Что при этом будет? Меньше потери на переключение? Меньшее перенапряжение или что-то еще?

Провода скручены, наверное?

Провода не скручены, а просто два отдельных провода. Даже не вместе.

Т.е. для полноты картины нужно сказать, какие у вас драйверы и величина затворных резисторов.

Драйверы вот такие: http://www.igbt-driver.com/index.php?id=2sd106ai

Резисторы пока не могу сказать - надо посмотреть на плате.

Может тогда и осциллограму сниму.

 

А в январе будем новый 50-амперный трехуровневый инвертор испытывать. Так там вообще вместо драйвера какой-то изолированный усилитель и резисторы. Решение простейшее до невозможности. Но вроде работает отлично. Нам его предложила немецкая фирма, которая специализируется на инверторах. Они фигню не разрабатывают.

[Omen_13 0]

Господа-коллеги, никого не удивило использование 65-го для подобных измерений?

ПС

Кстати если мой источник информации не врёт (а причин сомневаться пока не было), то эти измерения производились без согласованного делителя на самопальный шнур с неизвестной емкостью и волновым сопротивлением...