1.1 HVIGBT选型准则
1.1.1 HVIGBT额定电压的选择
另外由于宇宙射线的原因,HVIGBT在高海拔应用中会随机出现损坏。这种损坏发生的概率将随着HVIGBT的直流工作电压和海拔高度的上升而上升。三菱电机会用LTDS(Long Term DC Stability)曲线来表示故障率FIT和工作电压及海拔高度之间的关系。图5.1为4500V R系列HVIGBT的LTDS曲线,环境温度为25℃,地点为纽约。
1.1.2 HVIGBT绝缘额定电压的选择
目前三菱电机HVIGBT的绝缘电压有4.0kV,6.0kV和10.2kV。
绝缘耐压测试的电压与设备工作电压相关,不同的标准(例如EN 50178,EN 61800-5-1,EN 50124-1, UL 508C等)有不同的要求。
例如对于EN 50178,其绝缘电压要求如下式所示:
在考虑HVIGBT的绝缘电压VISO设计时,应考虑满足所有相关标准中最高的要求。对额定电压为6500V的HVIGBT,三菱电机设计其绝缘电压为10.2kV;对于额定电压为3300V的HVIGBT,三菱电机设计其绝缘电压为6kV和10.2kV(针对特殊场合)。
根据IEC61800-5-1,I型三电平的中点是危险的带电导体,因而此点是不能直接连接大地的。如果当在散热器和三电平的箝位中点之间连接一个大的电阻后,散热器则可以被认为是保护特低电压(PELV)电路。例如,对于输出3300Vac的I型三电平变流器,总母线电压为5000V,如果采用上述接法,散热器和功率模块的主端子之间的电压只是母线电压的一半,也即2500V,这样采用绝缘额定电压为6.0kV的HVIGBT功率模块也可以满足IEC标准的要求。
1.1.3 HVIGBT额定电流的选择
HVIGBT额定电流的选择首先需要考虑变流器的额定电流。对于三相变流器而言,其输出额定电流Io可以计算为:
式中,Po为输出额定功率,Uo为输出额定电压,cosθ为功率因数。
需要注意的是,式5.3计算得到的只是变流器输出的额定电流。在实际的选型设计中,还需要考虑系统的过载倍数;结合开关频率和散热器温度计算HVIGBT的结温,同时需要考虑变流器系统的使用寿命。