矿用变频器IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法

作者

王越史晗荣相蒋德智
单位

中煤科工集团常州研究院有限公司天地（常州）自动化股份有限公司
摘要

目前常用优化母排结构参数、改变栅极驱动电阻、设计吸收电路等方法抑制因杂散电感引起的矿用变频器中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)尖峰电压，但现有研究未揭示各方法之间的协调统一关系及协调优化准则。针对该问题，以BPJ5-630-1140型矿用四象限变频器为研究对象，在分析杂散电感对IGBT电-热性能影响的基础上，提出了IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法：(1)分析母排结构参数、栅极驱动电阻对IGBT尖峰电压和功率损耗的影响，结果表明，随着交流母排长度增大、宽度减小，IGBT尖峰电压和功率损耗均增大；随着栅极驱动电阻增大，IGBT尖峰电压减小，功率损耗增大。(2)设计二极管钳位式吸收电路，通过试验验证了该电路可降低IGBT尖峰电压和功率损耗。(3)考虑到交流母排宽度对IGBT布局和散热性能无影响，选择栅极驱动电阻和交流母排长度为决策变量，采用BP神经网络-带精英策略的非支配排序遗传算法(BP-NSGAⅡ)实现IGBT尖峰电压、最高结温及散热器表面最高温度的多目标极值寻优。试验结果表明：在散热器表面最高温度为55～65℃、IGBT最高结温为74～80℃时，IGBT尖峰电压最小值为1 861 V，相应的栅极驱动电阻为5Ω，交流母排长度为300 mm、宽度为200 mm；优化后BPJ5-630-1140型变频器IGBT尖峰电压为1 856 V，较优化前的2 856 V降低了35%，有效抑制了IGBT尖峰电压，提高了矿用变频器运行可靠性。
关键词

矿用变频器绝缘栅双极型晶体管尖峰电压抑制栅极驱动电阻二极管钳位式吸收电路 BP神经网络-带精英策略的非支配排序遗传算法
基金项目(Foundation)

天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项产学研科技合作项目(2020-2-TD-CXY003)；天地(常州)自动化股份有限公司研发项目(2021GY1003)；
文章目录

0 引言
1 杂散电感对IGBT电-热性能的影响
1.1 母排杂散电感提取
1.2 IGBT行为模型仿真
2 IGBT尖峰电压抑制及其协调优化
2.1 IGBT尖峰电压抑制影响因素分析
2.1.1 母排结构参数
2.1.2 栅极驱动电阻
2.2 吸收电路设计
2.3 基于BP-NSGAⅡ的多目标极值寻优
3 试验验证
3.1 双脉冲试验
3.2 IGBT关断电压试验
4 结论
引用格式

王越,史晗,荣相,蒋德智.矿用变频器IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法[J].工矿自动化,2022,48(12):129-136+143.DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.17884.
相关文章

[1]矿用变频器LRC滤波器寄生参数影响研究
[2]一种矿用变频器异步电动机参数离线辨识方法
[3]一种矿用变频器滤波装置
[4]基于一体化模型的矿用变频器散热性能分析
[5]矿用变频器性能测试系统设计