IGBT MLI для трехуровневых инверторов

Page 1

SEMITOP® Модули для 3-уровневых преобразователей UPS

www.semitop.com.ua

Андрей Колпаков, SEMIKRON 2010 1


SEMITOP®4

Млрд. кВтч

Потребление электроэнергии растет непрерывно

Источник: Energy Information Administration/ Annual Energy Outlook 2007

2


SEMITOP®4

Что означает термин «эффективность» для силовой электроники? - Снижение уровня потерь Техническая

- Снижение уровня гармонических искажений - Улучшение технических характеристик

Эффективность

- Уменьшение потребления энергии Экономическая

- Существенное снижение себестоимости 3


3 –уровневая схема 1 Фаза 3-уровневой схемы: для повышения эффективности AC/DC преобразования SEMITOP 3 SK 20 MLI 066 SK 30 MLI 066

SK 50 MLI 066

SEMITOP 4 SK 75 MLI 066 T SK 100 MLI 066 T

SK 150 MLI 066 T

…до 150A! 4


Особенности 3-уровневого инвертора

Основные преимущества Высокий к.п.д.: Модули работают на меньшей частоте ШИМ – ниже уровень потерь и dv/dt

Снижение уровня гармонических искажений: Коэффициент гармоник снижается с ростом количества уровней Уменьшение выходного фильтра: С увеличением количества уровней улучшается форма сигнала и снижаются требования к синусному фильтру

www.semitop.com.ua 5


Концепция Новая тенденция UPS схем P(+)

C1 Фиксирующие диоды

V

PN

O

C2

Звено постоянного тока со средней точкой

N(-)

T1 (U)

T2 (V)

T3 (W)

Нагрузка 6


Принцип работы Новая тенденция UPS схем P(+)

C1 V

PN

O

Форма линейного сигнала

C2

N(-)

T1 (U)

T2 (V)

T3 (W)

VDC VDC/2 0

t

Нагрузка

7


Моделирование работы 3-уровневого инвертора

D1 IGBT 1

IGBT 4 MP D4 IGBT 7

IGBT 10 8


Алгоритм ШИМ

Опорное напряжение Синусоидальное 50 Гц по каждой фазе

Несущая (L-1) треугольных сигналов частотой fsw >> 50Hz Для 3-уровневой схемы (L=3), необходимо 2 несущих треугольной формы

9


Алгоритм ШИМ Используется 3 алгоритма формирования ШИМ сигнала:

APOD: alternative phase opposition disposition соседние опорные треугольные сигналы отличаются по фазе на 180

POD: phase opposition disposition опорные треугольные сигналы, расположенные в положительной и отрицательной области относительно нулевого потенциала, отличаются по фазе на 180

PD: phase disposition синфазные опорные треугольные сигналы расположены в положительной и отрицательной области относительно нулевого потенциала

10


Алгоритмы ШИМ

PD: phase disposition Обеспечивает минимальные гармонические искажения линейного выходного напряжения

IGBT1 IGBT4

11


Режим PD: формирование импульсов управления

IGBT1 IGBT4

D1

IGBT1

IGBT4

D1

12


Режим PD: моделирование 50

Выходные токи

Токи D1/D4

25 0 -25 -50

58 49,7 41,4 33,2

24,9 16,6 8,3 0

Ток IGBT1

66 49,5 33 16,5 0 -16,5 -33 -49,5

Ток IGBT4 и VMP

600 400 200 0 -200 -400

13


Преимущества 3-уровневой схемы?

Сравнение инверторов 2L – 3L Выходное линейное напряжение Общие потери

Стоимость Аппаратная реализация

14


2L – 3L: Выходное линейное напряжение

15


2L – 3L: общие потери SK 30 MLI 066

SK 60 GB 128

600V IGBT

1200V IGBT

Vce,sat=1,65 @150°C

Vce,sat = 1,9 @125°C

Eon+Eoff = 1,8 мДж

Eon+Eoff = 12,5 мДж 16


Формулы для расчета потерь 3-уровневой схемы (3L)

Потери проводимости

Psw

IGBT1 IGBT4

Потери переключения

D1

IGBT1

1

IGBT10 IGBT7 IGBT10

1

fsw Esw( Ipk)

fsw Eon Eoff

D4

IGBT4

Незначительные

IGBT7

потери

D1 D4

1

fsw Err( Ipk) 17


Формулы для расчета потерь 2-уровневой схемы (2L)

IGBT1

IGBT4 IGBT1

D1

Потери проводимости IGBT4

D4

Потери переключения

Pon

Psw

1 2

VCEo

rCE 2 i i 4

f sw Esw

2

m cos

I1 I ref

Vcc Vref

VCEo 8

r i CE 3

2

i

Kv

18


2L – 3L: Потери на 1 фазу

Сравнение при одинаковых режимах работы:

S cos(φ)

20 кВА 0,85

fsw

20 кГц

m

1

Vll,rms

400В

Iout,rms

29A

Ts

80°C 19


2L – 3L: Потери на 1 фазу – сравнение 3-L инвертор

2-L инвертор

SK 30 MLI 066

SK 60 GB 128

Потери проводимости IGBT Q1/Q4

19,5 Вт

Потери проводимости IGBT Q1/Q2

20,5 Вт

Потери проводимости IGBT Q2/Q3

27,5 Вт

Потери переключения IGBT Q1/Q2

67,6 Вт

Потери переключения IGBT Q1/Q4

10,3 Вт

Потери переключения IGBT Q2/Q3

Незначительные

Общие потери IGBT Q1/Q4

29,8 Вт

Общие потери IGBT Q1/Q2

88,1 Вт

Общие потери IGBT Q2/Q3

29,0 Вт

IGBT: общие потери на фазу

117,6 W

IGBT: общие потери на фазу

176,1 Вт

Tj=133°C Фиксирующие диоды (D5/D6)

APD диоды (D1/D2)

Потери проводимости

11,4 Вт

Потери проводимости

1,9 Вт

Потери переключения

2,9 Вт

Потери переключения

24,3 Вт

Общие потери на диод

14,3 Вт

Общие потери на диод

26,2 Вт

Общие потери фикс. диодов

28,60 Вт

Общие потери диодов

53 Вт

146Вт

Общие потери на фазу 229Вт

Tj=113°C Общие потери на фазу

3L : ~ 60% снижение потерь! 20


2L – 3L: Потери на 1 фазу – сравнение

21


2L – 3L: Стоимость модулей – сравнение

25% снижение стоимости

www.semitop.com.ua 22


2L - 3L: аппаратная реализация

Драйвер

3-level

2-level

Нет

+

Стандартного драйвера

Формирование ШИМ

Нет Стандартного

+

ШИМ

DC шина

o

o

Выходной фильтр

++

-

THD

++

-

Пульсации тока

++

-

600V

1200V

++

--

IGBT рабочее напряжение Потери (проводимости/переключения)

23


Специализированные модули для реализации 3L схемы SEMIKRON предлагает: 1 фаза 3L инвертора – 1 модуль MLI 5

20

60

80

[kВA]

SEMITOP 3

SEMITOP 4

Условия моделирования: Cos phi = 1 m =1 Ts = 70°C Fsw = 20кГц

…до 150A! 24


SEMITOP® - специализированный модуль 3L инвертора 3-фазный 3L инвертор  3 модуля MLI

…до 150A! 25


SEMITOP ® 3-уровневый инвертор  10 – 30кВА

MLI – простая топология соединений

26


SEMITOP®4 3-уровневый инвертор  40 – 80кВА MLI – простая топология соединений

27


SEMITOP®3 для 3-уровневого инвертора Модули SEMITOP ® для 3L схемы : SK 20 MLI 066 SK 30 MLI 066 SK 50 MLI 066

Информация доступна в интернете Инженерные образцы доступны

28


SEMITOP®4 для 3-уровневого инвертора SEMITOP4® семейство: SK 75 MLI 066 T SK 100 MLI 066 T SK 150 MLI 066 T

Информация доступна в интернете Инженерные образцы доступны

29


Почему стоит выбирать 3L схему? 3 уровня выходного напряжения (+/ - / 0)

Форма выходного напряжения близка к синусоидальной Проще выходной фильтр (уменьшение стоимости и размеров устройства) Снижение уровня гармоник Снижение уровня статических и динамических потерь

Максимальный уровень эффективности www.semitop.com.ua 30


Отличная альтернатива дискретным Корпусам ТО

Контакты:

www.semitop.com.ua 31


Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.