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智能功率模塊在VVVF變頻器設(shè)計中的選用

來源:湖南嶸晟時代自動化科技有限公司   2022年05月21日 15:30  

智能功率模塊在VVVF變頻器設(shè)計中的選用

一,、前言

智能功率模塊(IPM)是*的混合集成功率器件,,由高速,、低功耗的IGBT芯片和優(yōu)化的門極驅(qū)動及保護電路構(gòu)成,。由于采用了能連續(xù)監(jiān)測功率器件電流的,,有電流傳感功能的IGBT芯片,,從而實現(xiàn)高速的過流保護和短路保護。IPM集成了過熱和欠壓鎖定保護電路,,系統(tǒng)的可靠性得到進一步提高,。

VVVF(可變壓可變頻)變頻器是IPM主要的應(yīng)用。本文從IPM的特點出發(fā),,討論了在設(shè)計VVVF變頻器時,,IPM的選用問題。

二,、智能化晶體管模塊

日本三菱電機公司的IPM有四種電路形式,,單管封裝(H)、雙管封裝(D),、六合一封裝(C),、七合一封裝(R),如圖1所示,。其中C型和R型是專為變頻器使用設(shè)計的,。

圖1 三菱IPM的封裝

IPM有精良的內(nèi)置保護電路以避免因系統(tǒng)失靈或過應(yīng)力而使功率器件損壞,所設(shè)置的故障檢測和速斷裝置允許在不犧牲可靠性的條件下,,最大限度地利用功率元件的容量,。內(nèi)置保護功能的框圖如圖2所示:

注:V1I,、FO,、C為控制端子:C、E為主端子

圖2 IPM的保護功能框圖

如果IPM模塊其中一種保護電路動作,,IGBT柵極驅(qū)動單元就會關(guān)斷電流,,并輸出一個故障信號(FO)。

IPM的主要優(yōu)點在于:

1,、由于IPM集成了驅(qū)動和保護電路,,使用戶產(chǎn)品的設(shè)計變得相當(dāng)容易,縮短了產(chǎn)品上市的時間,。

2,、自動化的IPM組裝和測試手段提高了系統(tǒng)的可靠性,其他還包括減少所需采購、存儲和組裝的元件數(shù)等優(yōu)點,。

3,、由于IPM通態(tài)損耗和開關(guān)損耗都比較低,使得散熱器減少,,因而系統(tǒng)尺寸也減少,。

4、所有的IPM都采用同樣的標(biāo)準(zhǔn)化與邏輯電平控制電路相聯(lián)的柵控接口,,在產(chǎn)品系列擴充時無須另行設(shè)計驅(qū)動電路,。

5、IPM在故障情況下的自保護能力,,減低了器件在開發(fā)和使用中過載情況下的損壞機會。

三,、IPM的選用

IPM在選用時,,首先是根據(jù)變頻裝置的容量(電動機的額定功率),同時也要考慮供電電源容量,,確定其額定值和最大值,,然后選擇具體型號。選型時,,有兩個主要方面需要權(quán)衡,。根據(jù)IPM的過流動作數(shù)值以確定峰值電流及適當(dāng)?shù)臒嵩O(shè)計以保證結(jié)溫峰值永遠小于最大結(jié)溫額定值,使基板的溫度永遠低于過熱動作數(shù)值,。

峰值電流依電機的功率額定值而定,。下表是根據(jù)OC動作數(shù)值和電機峰值電流而給出的交流220V電機推薦使用的IPM類型。電機峰值電流是基于變頻器和電機工作的效率,、功率因數(shù),、最大負載和電流脈動而設(shè)定的。電機電流最大峰值可由下式計算:

式中:P=電機功率(W),;OL=變頻器最大過載系數(shù),;λ=電流脈動因數(shù);η=變頻器的效率,;φF=功率因數(shù),;VAC=交流線電壓(V)。

交流220V電機額定值對OC保護設(shè)置的要求表

電機的額定功率(kW) IC(峰值)(A)可用的IPM型號最小OC動作數(shù)值(A)
0.46.4PM10CSJ06012
0.7510.7PM15CSJ06018
1.517.0PM20CSJ06028
2.223.3PM30CSJ060或RSF39
3.736PM50RSA060或RSK65
5.551PM75RSA060115
7.570PM75RSA060115
1198PM100CSA060或RSA158
15129PM150CSA060或RSA210
18.5161PM150CSA060或RSA210
22191PM200CSA060或3×DSA310
30244PM300DSA060×3390
37308PM400DSA060×3500
45371PM400DSA060×3500
55456PM600DSA060×3740

例如:電源VAC=220V交流,,電機P=3.7kW,OL=150%,λ=120%,η=0.9,φF=0.76,則Ic(峰值)=36.1A,。

依據(jù)上表的推薦型號PM50RSA060規(guī)定的最小OC動作數(shù)值是65A,所以這個型號能夠滿足第一個要求,,選定后,,還需通過適當(dāng)?shù)臒嵩O(shè)計來滿足其熱要求。在具體的應(yīng)用中,,應(yīng)針對器件手冊中給定的參數(shù)如:最大額定值,,特性參數(shù)(電氣特性,,熱特性,機械特性)以及推薦的工作條件進行系統(tǒng)設(shè)計,。

四,、結(jié)論

IPM集成了驅(qū)動和保護電路,給用戶產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)帶來了很大的便利,,VVVF變頻器是其典型的應(yīng)用場合,。在選用IPM時,要根據(jù)IPM過流動作數(shù)值來確定其峰值電流,。


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