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古瑞瓦特光伏逆变器的核心器件的保护机制
发布时间:2018-07-25  
 

古瑞瓦特光伏逆变器在光伏发电系统上是一个极其重要的转换装置,把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流,把完成整流功能的电路称为整流电路,把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应,把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变,把完成逆变功能的电路称为逆变电路。光伏逆变器除了过欠电压保护等功能外,逆变器还有很多鲜为人知的黑科技,如漏电流控制、散热设计、电磁兼容、谐波抑制,关键器件保护,效率控制等等。今天就说说光伏逆变器的核心器件的保护机制吧。

1、IGBT驱动保护

IGBT本身是一个电流开关的器件,什么时候开,什么时候关,开关多长时间是由光伏逆变器的CPU来控制的,但是DSP输出是一个PWM信号,速度很快,但功率不够,驱动器最主要的作用是放大PWM信号。

IGBT控制很大的高频大电流,会产生电磁干扰信号,驱动器又和IGBT隔得很近,因此驱动电路要有隔离功能 ,目前驱动隔离方案有光耦、光纤、脉冲变压器、磁耦等几种。各种方式的优缺点如下:

2、IGBT过电流/短路保护

IGBT在设计时,电流一般都会留有10%以上的裕量。但是,光伏逆变器在工作时,由于组件、负载短路,负载侧故障导致过流,负载侧有特别大的感性负载,启停时有很大的谐波电流,这时候逆变器输出电流会急剧上升,导致IGBT的工作电流也会对应急剧上升。IGBT短路分为两种情况:变流器的桥臂内发生直通,称为一类短路,变流器短路点发生在负载侧,等效短路阻抗较大,称为二类短路。二类短路一般也可认为是逆变器发生较严重的过流。在短路发生时刻,如果不采取相关措施,就会导致IGBT快速进入退饱和,瞬态功耗超过限值而损坏,因为IGBT承受过电流的时间仅为几微秒。因此,当短路发生时,要尽快关断IGBT,而且关断的速度要平缓,保证电流变化速率在一定范围,避免关断过快而引起电压应力超过限值而损坏IGBT,有源钳位的方案中增加快速响应措施,使得IGBT驱动能够尽快动作。

3、IGBT过温保护

当光伏逆变器环境温度过高、逆变器散热不良,持续过热均会导使IGBT损坏。如果器件持续短路,大电流产生的功耗将引起温升,若芯片温度超过硅本征温度(约250℃),器件将失去阻断能力,栅极控制就无法保护,从而导致IGBT失效。在设计时主要从两个方面去考虑:第一,加强完善IGBT管的散热条件,包括风道设计、散热器的设计制作,加强制冷等;第二,设计过热检测保护电路,用IGBT模块上内置的热敏电阻来测量IGBT散热温度,是很准确的,当温度超过设定值时,关断IGBT使其停止工作。

4、IGBT机械故障保护

为了散热方便,IGBT都是通过螺丝连接,安装在散热器上,这个螺丝的连接强度非常有讲究,要恰到好处,如果力量太大,会损坏IGBT。如果力量太轻,在运输和安装过程中,由于振动会造成接触不良,热阻增加,器件过温损坏。在安装IGBT时,都会使用专门的螺丝批,根据IGBT型号,采用相应的扭力,保证IGBT既连接牢固,又不会损坏。

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