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IGBT模塊在攜帶式變頻氣絕緣X射線機(jī)中的應(yīng)用
日期：2025-05-11 22:29
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摘要：
自從70年代末80#：代初我國開始研制輕便的攜帶式變頻氣絕緣x射線探傷機(jī)來替代早期笨重的工頻油絕緣X射線探傷機(jī)以來，國內(nèi)外主要生產(chǎn)廠商絕大多數(shù)都是采用傳統(tǒng)的瓊斯逆變電路將經(jīng)過整流、濾波后的直流電壓變換成脈沖方波供x射線管頭作高壓電源的。它的*大缺點(diǎn)是運(yùn)作頻率低、噪聲大、干擾大，且有時(shí)會發(fā)生逆變失控。隨著雙極型大功率晶體管GTR及絕緣柵雙極型晶體管IGBT新型復(fù)合器件的問世，國外已普遍將這類先進(jìn)器件應(yīng)用到感應(yīng)加熱電源、變頻調(diào)速電源和逆變電源等技術(shù)領(lǐng)域。筆者于1995年在本廠攜帶式變頻氣絕緣x射線探傷機(jī)的通用操控器上用IGBT模塊替代原瓊斯逆變電路對250kV及300kV機(jī)頭做連續(xù)可靠性運(yùn)作試驗(yàn)，取得了很好的效果，并于1996年試制了兩臺采用IGBT模塊作逆變電源的新型通用操控器。對負(fù)載做短路試驗(yàn)時(shí)，IGBT逆變電源的優(yōu)點(diǎn)更為突出，它反應(yīng)迅速，先封住IGBT模塊傳入信號，切斷整機(jī)輸出電流，同時(shí)再切斷主回路操控部分，既有效地保護(hù)了IGBT不受損壞，又不會因 探傷機(jī) 負(fù)載短路引發(fā)燒保險(xiǎn)絲或跳空氣斷路器現(xiàn)象。它的*大優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)作頻率可大大提高，整機(jī)噪聲小、干擾?。梢灶A(yù)料在今后幾年中攜帶式變頻氣絕緣x射線探傷機(jī)中原來采用的瓊斯逆變電源*終將被新型的、先進(jìn)的IGBT逆變電源取代，新技術(shù)的采用將使攜帶式變頻氣絕緣x射線探傷機(jī)向高頻輕型方向邁進(jìn)。 lIGBT逆變電路與瓊斯逆變電路對比 瓊斯逆變電路及傳入、輸出波形圖，為IGBT逆變電路及傳入、輸出波形圖。由電路圖及波形圖可看出瓊斯逆變電源主電路包括L，D，c，SCR，SCR。五只器件，而且在換向運(yùn)作時(shí)電感L產(chǎn)生較大的噪聲和干擾，由于受回路時(shí)間常數(shù)及晶閘管關(guān)斷時(shí)間的限制，逆變器運(yùn)作頻率不高，完成逆變需傳入兩路相關(guān)的信號。而IGBT逆變電源主電路僅用一只絕緣柵雙極型晶體管IGBT，只需傳入一路操控信號就能完成逆變運(yùn)作，IGBT模塊具有電壓型操控，傳入阻抗大，驅(qū)動(dòng)功率小，操控電路簡單，開關(guān)損耗小，通斷速度快，運(yùn)作頻率高，元件容量大等特點(diǎn)，故可使整機(jī)運(yùn)作頻率高、噪聲小、干擾小、運(yùn)作穩(wěn)定可靠。 2模塊的選擇 2．1電壓規(guī)格 IGBT模塊的電壓規(guī)格與所使用裝置的傳入電源即市電電源電壓緊密相關(guān)，我國市電為～220V，故可選用為600V的IGBT模塊。 2．2電流規(guī)格 IGBT模塊的集電極電流增大時(shí)，yce上升，所產(chǎn)生的額定損耗亦變大，同時(shí)開關(guān)損耗增大，元件發(fā)熱加劇。因此，根據(jù)額定損耗，開關(guān)損耗所產(chǎn)生的熱量，操控器件結(jié)溫操控在125℃以下，集電極電流的*大值要操控在這時(shí)的集電極電流以下。 3保護(hù)電路的設(shè)計(jì) IGBT模塊因過電流、過電壓等異常現(xiàn)象，有可能使其損壞。為保護(hù)器件**，在使用IGBT模塊時(shí)，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)顯得十分重要。 3．1短路(過電流)保護(hù) 發(fā)生短路時(shí)，IGBT集電極電流增加并超過額定值，使c—E之間電壓劇增，此時(shí)，由于在IGBT上加上了高電壓大電流，因此，要設(shè)法盡可能在短時(shí)間內(nèi)解除這種狀態(tài)。目前在市場上已有成熟的專用于IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)集成電路，它不僅能提供IGBT模塊的開柵電壓和關(guān)柵電壓，而且內(nèi)裝有高速光耦信號隔離電路，具有過流檢測及切斷電路的功能，且不響應(yīng)10gs以下的過流信號，一旦確認(rèn)為真過流，則低速切斷電路能慢速關(guān)斷IGB。EXB840是日本富士公司專為驅(qū)動(dòng)150A，600V或75A，1 200V以下的IGBT模塊而設(shè)計(jì)的混合集成電路，用+20V整流電源供電，能產(chǎn)生+15V開柵電壓和一5V關(guān)柵電壓。用EXB840組成的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，IGBT正常運(yùn)作時(shí)，在開柵電壓作用下IGBT飽和導(dǎo)通且壓降很低，由于二級管D的鉗位作用，ExB840過流檢測傳入端6腳為低電平，輸出端5腳為高電平1c。不運(yùn)作，4043的昧為“o”，VQ為“1”，驅(qū)動(dòng)信號 磁粉探傷機(jī) 正常通過408l力口到EXB840信號傳入端15腳和14腳，EXB840~Ⅸ動(dòng)信號輸出端3腳和l腳上輸出+15V開柵電壓和一5V關(guān)柵電壓去操控IGBT的開和關(guān)運(yùn)作狀態(tài)。一旦IGBT由于負(fù)載短路或其它原因出現(xiàn)過流時(shí)y。的電壓增高，二級管D不再起鉗位作用，EXB840過流檢測傳入端6腳為高電平，檢測電路經(jīng)10“s觀察以濾掉虛假干擾過流信號。一旦確認(rèn)為真過流時(shí)，5腳為低電平，Ic。運(yùn)作，yn為“1”，RS觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，VQ為“O”，封住驅(qū)動(dòng)信號通過EXB840，因此，IGBT停止運(yùn)作，同時(shí)yq為“O”，信號再加入切斷主回路運(yùn)作的操控回路，使主回路同時(shí)停止運(yùn)作。 3．2過電壓保護(hù) 由于IGBT開關(guān)速度較高，IGBT關(guān)斷時(shí)，產(chǎn)生很高的di／d￡，由于模塊周圍的接線的電感工就產(chǎn)生。
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