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IGBT模块在携带式变频气绝缘X射线机中的应用

自从70年代末80#：代初我国开始研制轻便的携带式变频气绝缘x射线探伤机来替代早期笨重的工频油绝缘X射线探伤机以来，国内外主要生产厂商绝大多数都是采用传统的琼斯逆变电路将经过整流、滤波后的直流电压变换成脉冲方波供x射线管头作高压电源的。它的*大缺点是运作频率低、噪声大、干扰大，且有时会发生逆变失控。随着双极型大功率晶体管GTR及绝缘栅双极型晶体管IGBT新型复合器件的问世，国外已普遍将这类先进器件应用到感应加热电源、变频调速电源和逆变电源等技术领域。笔者于1995年在本厂携带式变频气绝缘x射线探伤机的通用操控器上用IGBT模块替代原琼斯逆变电路对250kV及300kV机头做连续可靠性运作试验，取得了很好的效果，并于1996年试制了两台采用IGBT模块作逆变电源的新型通用操控器。对负载做短路试验时，IGBT逆变电源的优点更为突出，它反应迅速，先封住IGBT模块传入信号，切断整机输出电流，同时再切断主回路操控部分，既有效地保护了IGBT不受损坏，又不会因探伤机负载短路引发烧保险丝或跳空气断路器现象。它的*大优点是运作频率可大大提高，整机噪声小、干扰小．可以预料在今后几年中携带式变频气绝缘x射线探伤机中原来采用的琼斯逆变电源*终将被新型的、先进的IGBT逆变电源取代，新技术的采用将使携带式变频气绝缘x射线探伤机向高频轻型方向迈进。 lIGBT逆变电路与琼斯逆变电路对比琼斯逆变电路及传入、输出波形图，为IGBT逆变电路及传入、输出波形图。由电路图及波形图可看出琼斯逆变电源主电路包括L，D，c，SCR，SCR。五只器件，而且在换向运作时电感L产生较大的噪声和干扰，由于受回路时间常数及晶闸管关断时间的限制，逆变器运作频率不高，完成逆变需传入两路相关的信号。而IGBT逆变电源主电路仅用一只绝缘栅双极型晶体管IGBT，只需传入一路操控信号就能完成逆变运作，IGBT模块具有电压型操控，传入阻抗大，驱动功率小，操控电路简单，开关损耗小，通断速度快，运作频率高，元件容量大等特点，故可使整机运作频率高、噪声小、干扰小、运作稳定可靠。 2模块的选择 2．1电压规格 IGBT模块的电压规格与所使用装置的传入电源即市电电源电压紧密相关，我国市电为～220V，故可选用为600V的IGBT模块。 2．2电流规格 IGBT模块的集电极电流增大时，yce上升，所产生的额定损耗亦变大，同时开关损耗增大，元件发热加剧。因此，根据额定损耗，开关损耗所产生的热量，操控器件结温操控在125℃以下，集电极电流的*大值要操控在这时的集电极电流以下。 3保护电路的设计 IGBT模块因过电流、过电压等异常现象，有可能使其损坏。为保护器件**，在使用IGBT模块时，保护电路的设计显得十分重要。 3．1短路(过电流)保护发生短路时，IGBT集电极电流增加并超过额定值，使c—E之间电压剧增，此时，由于在IGBT上加上了高电压大电流，因此，要设法尽可能在短时间内解除这种状态。目前在市场上已有成熟的专用于IGBT模块的驱动集成电路，它不仅能提供IGBT模块的开栅电压和关栅电压，而且内装有高速光耦信号隔离电路，具有过流检测及切断电路的功能，且不响应10gs以下的过流信号，一旦确认为真过流，则低速切断电路能慢速关断IGB。EXB840是日本富士公司专为驱动150A，600V或75A，1 200V以下的IGBT模块而设计的混合集成电路，用+20V整流电源供电，能产生+15V开栅电压和一5V关栅电压。用EXB840组成的驱动保护电路，IGBT正常运作时，在开栅电压作用下IGBT饱和导通且压降很低，由于二级管D的钳位作用，ExB840过流检测传入端6脚为低电平，输出端5脚为高电平1c。不运作，4043的昧为“o”，VQ为“1”，驱动信号磁粉探伤机正常通过408l力口到EXB840信号传入端15脚和14脚，EXB840~Ⅸ动信号输出端3脚和l脚上输出+15V开栅电压和一5V关栅电压去操控IGBT的开和关运作状态。一旦IGBT由于负载短路或其它原因出现过流时y。的电压增高，二级管D不再起钳位作用，EXB840过流检测传入端6脚为高电平，检测电路经10“s观察以滤掉虚假干扰过流信号。一旦确认为真过流时，5脚为低电平，Ic。运作，yn为“1”，RS触发器状态翻转，VQ为“O”，封住驱动信号通过EXB840，因此，IGBT停止运作，同时yq为“O”，信号再加入切断主回路运作的操控回路，使主回路同时停止运作。 3．2过电压保护由于IGBT开关速度较高，IGBT关断时，产生很高的di／d￡，由于模块周围的接线的电感工就产生。

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