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IGBT模塊在攜帶式變頻氣絕緣X射線機中的應用
日期：2025-04-28 13:01
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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射線探傷機來替代早期笨重的工頻油絕緣X射線探傷機以來，國內外主要生產廠商絕大多數(shù)都是采用傳統(tǒng)的瓊斯逆變電路將經過整流、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*大缺點是運作頻率低、噪聲大、干擾大，且有時會發(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新型復合器件的問世，國外已普遍將這類先進器件應用到感應加熱電源、變頻調速電源和逆變電源等技術領域。筆者于1995年在本廠攜帶式變頻氣絕緣x射線探傷機的通用操控器上用IGBT模塊替代原瓊斯逆變電路對250kV及300kV機頭做連續(xù)可靠性運作試驗，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。對負載做短路試驗時，IGBT逆變電源的優(yōu)點更為突出，它反應迅速，先封住IGBT模塊傳入信號，切斷整機輸出電流，同時再切斷主回路操控部分，既有效地保護了IGBT不受損壞，又不會因 探傷機 負載短路引發(fā)燒保險絲或跳空氣斷路器現(xiàn)象。它的*大優(yōu)點是運作頻率可大大提高，整機噪聲小、干擾?。梢灶A料在今后幾年中攜帶式變頻氣絕緣x射線探傷機中原來采用的瓊斯逆變電源*終將被新型的、先進的IGBT逆變電源取代，新技術的采用將使攜帶式變頻氣絕緣x射線探傷機向高頻輕型方向邁進。 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，而且在換向運作時電感L產生較大的噪聲和干擾，由于受回路時間常數(shù)及晶閘管關斷時間的限制，逆變器運作頻率不高，完成逆變需傳入兩路相關的信號。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作，IGBT模塊具有電壓型操控，傳入阻抗大，驅動功率小，操控電路簡單，開關損耗小，通斷速度快，運作頻率高，元件容量大等特點，故可使整機運作頻率高、噪聲小、干擾小、運作穩(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，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，yce上升，所產生的額定損耗亦變大，同時開關損耗增大，元件發(fā)熱加劇。因此，根據(jù)額定損耗，開關損耗所產生的熱量，操控器件結溫操控在125℃以下，集電極電流的*大值要操控在這時的集電極電流以下。 3保護電路的設計 IGBT模塊因過電流、過電壓等異?，F(xiàn)象，有可能使其損壞。為保護器件**，在使用IGBT模塊時，保護電路的設計顯得十分重要。 3．1短路(過電流)保護 發(fā)生短路時，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，由于在IGBT上加上了高電壓大電流，因此，要設法盡可能在短時間內解除這種狀態(tài)。目前在市場上已有成熟的專用于IGBT模塊的驅動集成電路，它不僅能提供IGBT模塊的開柵電壓和關柵電壓，而且內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10gs以下的過流信號，一旦確認為真過流，則低速切斷電路能慢速關斷IGB。EXB840是日本富士公司專為驅動150A，600V或75A，1 200V以下的IGBT模塊而設計的混合集成電路，用+20V整流電源供電，能產生+15V開柵電壓和一5V關柵電壓。用EXB840組成的驅動保護電路，IGBT正常運作時，在開柵電壓作用下IGBT飽和導通且壓降很低，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。不運作，4043的昧為“o”，VQ為“1”，驅動信號 磁粉探傷機 正常通過408l力口到EXB840信號傳入端15腳和14腳，EXB840~Ⅸ動信號輸出端3腳和l腳上輸出+15V開柵電壓和一5V關柵電壓去操控IGBT的開和關運作狀態(tài)。一旦IGBT由于負載短路或其它原因出現(xiàn)過流時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10“s觀察以濾掉虛假干擾過流信號。一旦確認為真過流時，5腳為低電平，Ic。運作，yn為“1”，RS觸發(fā)器狀態(tài)翻轉，VQ為“O”，封住驅動信號通過EXB840，因此，IGBT停止運作，同時yq為“O”，信號再加入切斷主回路運作的操控回路，使主回路同時停止運作。 3．2過電壓保護 由于IGBT開關速度較高，IGBT關斷時，產生很高的di／d￡，由于模塊周圍的接線的電感工就產生。
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