2.2.9 Модуль igbt-транзисторов
Общий вид модуля IGBT-транзисторов представлен на рисунке 1
Рис. 2.56 Общий вид модуля IGBT-транзисторов
IGBT-транзисторы или биполярные транзисторы с изолированным затвором, в которых в отличии от классического биполярного транзистора инжекция носителей в базу осуществляется не p-n переходом «база-эмиттер», а полевым транзистором с изолированным затвором. Такая конструктивная особенность приводит к следующим важным свойствам:
1. База, как конструктивный элемент, через которую осуществляется пролет носителей, как таковой отсутствует.
2. Эмиттер имеет площадь сравнимую с площадью коллектора.
3. Эмиттер и коллектор могут быть разнесены на значительное расстояние, что в совокупности с малым легированием коллектора позволяет достичь значительных пробивных напряжений.
4. В соответствии с пунктом 3 приборы этого типа не могут достичь частотных характеристик как полевых транзисторов так и, тем более, классических биполярных приборов.
Исходя из этого IGBT-приборы (IGBT-транзисторы) имеют преимущества перед приборами других типов, тем больше, чем больше рабочее напряжение и прямой ток. Современные IGBT-приборы (IGBT-транзисторы) могут работать на частотах до 75кГц при рабочем напряжении 1200В и токе до 78А.
IGBT транзисторы представлены продукцией нескольких фирм:
До токов 80А и напряжений до 1200В основную долю занимает продукция фирмы International Rectifier.
До токов 50А и напряжений до 1200В можно подобрать транзисторы фирмы Infineon.
Основные области применения IGBT приборов (IGBT транзисторов):
1. Силовые моторпривода на 220 и 380В.
Высоковольтные преобразователи.
Силовая электроника.
Устройства бесперебойного питания (UPS).
2.3 Конструирование стенда
Учебно-лабораторный стенд состоит из трёх блоков. Блоки конструктивно выполненных в виде монтажных платформ из текстолита и коробов-крышек из оргстекла. Габаритные размеры всех трёх блоков идентичны, 450*200*300 мм. Блок формирования импульсов и блок автономного инвертора-ШИМ расположены вертикально для удобства работы с ними. В нижней части блока формирования импульсов расположена фальшпанель с кнопкой включения питания блока, гнездами для контроля формирования сигналов. На фальшпанели изображена мнемосхема блока. За фальшпанелью расположен источник питания блока. В левой части блока расположены генераторы пилообразного, синусоидального, косинусоидального напряжения. В центральной части находятся блоки умножения-деления, сумматоры. На задней стенке блока расположены гнездо для подведения напряжения 220 В для источника питания и гнездо стандарта RJ-45 для передачи сигналов на блок автономного инвертора-ШИМ.
В верхней части блока автономного инвертора-ШИМ расположена фальшпанель с мнемосхемой блока. На мнемосхеме выведены гнёзда для контроля входных сигналов на драйверы. В нижней части расположены драйверы и модуль транзисторов IGBT. Драйверы необходимо располагать как можно ближе к модулю транзисторов IGBT для исключения действия паразитной индуктивности, возникающей при увеличении длины связывающих проводников. В левой нижней части расположен диодный мост питания модуля транзисторов IGBT. В центральной части находятся: два электролитических конденсатора для уменьшения пульсаций напряжения от диодного моста, гнездо предохранителя для защиты модуля транзисторов IGBT, диодного моста и трансформатора, расположенного в силовом блоке. В верхней части блока для контроля напряжения и тока питающего модуля транзисторов IGBT установлены мультиметры. На задней стенке блока расположены гнездо для подачи питания 50 В для силового модуля транзисторов IGBT и гнездо стандарта RJ-45 для приема сигналов от блока формирования сигналов.
Силовой блок содержит: аппараты коммутации и защиты, трансформатор для преобразования напряжения 220 В в напряжение уровня 50 В, дугостаторный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Аппарат коммутации и защиты составляют гнездо предохранителя, магнитный пускатель, кнопки включения и выключения питания трансформатора. На первичную обмотку трансформатора подается напряжение 220 В. С вторичной обмотки снимается напряжение 50 В. На задней стороне блока расположены гнездо для питания трансформатора, гнездо подачи питания на блок формирования сигналов, гнездо для подачи низкого напряжения на блок автономного инвертора и приёма трехфазного напряжения с автономного инвертора для питания дугостаторного электродвигателя. Так как в блоке находятся тяжелые элементы он выполнен в горизонтальном исполнении.
Блоки соединены гибкими кабелями. Напряжение 220 В передаётся через трёхпроводные кабели сечением 1,5 мм2. Блоки формирования сигналов и автономного инвертора соединены между собой восьмижильным кабелем с витыми парами. Силовой блок соединен с блоком автономного инвертора пятипроводным кабелем сечением 0,75мм2. Схема соединения показана на рисунке 2.57.
Рис. 2.57 Схема соединения блоков