矿用变频器IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法

作     者：王越 史晗 荣相 蒋德智 WANG Yue;SHI Han;RONG Xiang;JIANG Dezhi

作者机构：中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015 

基　　金：天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项产学研科技合作项目(2020-2-TD-CXY003) 天地(常州)自动化股份有限公司研发项目(2021GY1003) 

出 版 物：《工矿自动化》 (Journal Of Mine Automation)

年 卷 期：2022年第48卷第12期

页      码：129-136,143页

摘      要：目前常用优化母排结构参数、改变栅极驱动电阻、设计吸收电路等方法抑制因杂散电感引起的矿用变频器中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)尖峰电压,但现有研究未揭示各方法之间的协调统一关系及协调优化准则。针对该问题,以BPJ5−630−1140型矿用四象限变频器为研究对象,在分析杂散电感对IGBT电−热性能影响的基础上,提出了IGBT尖峰电压抑制的协调优化方法:①分析母排结构参数、栅极驱动电阻对IGBT尖峰电压和功率损耗的影响,结果表明,随着交流母排长度增大、宽度减小,IGBT尖峰电压和功率损耗均增大;随着栅极驱动电阻增大,IGBT尖峰电压减小,功率损耗增大。②设计二极管钳位式吸收电路,通过试验验证了该电路可降低IGBT尖峰电压和功率损耗。③考虑到交流母排宽度对IGBT布局和散热性能无影响,选择栅极驱动电阻和交流母排长度为决策变量,采用BP神经网络−带精英策略的非支配排序遗传算法(BP−NSGAⅡ)实现IGBT尖峰电压、最高结温及散热器表面最高温度的多目标极值寻优。试验结果表明:在散热器表面最高温度为55~65℃、IGBT最高结温为74~80℃时,IGBT尖峰电压最小值为1861 V,相应的栅极驱动电阻为5Ω,交流母排长度为300 mm、宽度为200 mm;优化后BPJ5−630−1140型变频器IGBT尖峰电压为1856 V,较优化前的2856 V降低了35%,有效抑制了IGBT尖峰电压,提高了矿用变频器运行可靠性。

主 题 词：矿用变频器 绝缘栅双极型晶体管 尖峰电压抑制 栅极驱动电阻 二极管钳位式吸收电路 BP神经网络−带精英策略的非支配排序遗传算法 

学科分类：081901[081901] 0819[工学-海洋工程类] 08[工学] 

D　O　I：10.13272/j.issn.1671-251x.17884

馆 藏 号：203115659...