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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：2025-08-03 04:44

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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都是采用傳統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燒保險絲或跳空氣斷路器現象。它的*大優點是運作頻率可大大提高，整機噪聲小、干擾小．可以預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、運作穩定可靠。 2模塊的選擇 2．1電壓規格 IGBT模塊的電壓規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，元件發熱加劇。因此，根據額定損耗，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、過電壓等異常現象，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。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。一旦IGBT由于負載短路或其它原因出現過流時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觸發器狀態翻轉，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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