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水帘降温生产厂家_风机变流器中IGBT驱动窄脉冲的影响与限制 风机
摘要：在大功率风机变流器中，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作可靠性对整个风电机组的安全运行有着直接影响。分析了驱动窄脉冲对风机变流器IGBT可靠运行的危害，并从理论上阐述了空间矢量调制(SVM)中窄脉冲出现的原理及限制方法。同时基于28335型DSP不对称死区设置的特点，指出不对称死区设置将进一步减少触发窄脉冲的宽度而却使得关断窄脉冲最少维持了2个死区时间。但关断窄脉冲对IGBT单元体反并联二极管的危害却依然值得关注。最后给出了相关测试波形，对窄脉冲问题的分析和抑制具有参考意义。
关键词：变流器；风机；绝缘栅双极型晶体管；窄脉冲
1 引言
随着环境和能源问题的不断加剧，风力发电作为一种应用前景广阔、经济性较突出的绿色可再生能源而备受关注。而带有大功率变流器设备的变速恒频风电机组能有效利用风能，受到广泛关注。
风电机组工作环境恶劣，却又要求安全性和可靠性高，这就对含有大功率电力电子器件的风机变流器提出更高要求。这里结合IGBT驱动窄脉冲对风机变流器的影响，分析SVM中窄脉冲产生原理及死区设置对窄脉冲的影响，探讨窄脉冲的避免与抑制，进一步提高风机变流器运行的可靠性。
2 窄脉冲的危害
图1示出三相电压型整流器(VSR)原理图。IGBT模块窄脉冲现象分如下两种情况：①IGBT单元出现触发窄脉冲；②IGBT单元出现关断窄脉冲，即体二极管出现窄脉冲。这两种均为半导体器件在未完全开通时又立即关断的行为，都可能导致较大的浪涌电压尖峰和振荡，使得大功率IGBT模块的可靠运行受到严重威胁，甚至损坏。特别对于体反并联二极管单元，若IGBT出现关断窄脉冲，则同桥臂另一只IGBT反并联二极管就有可能出现未完全开通又立即关断的行为，进而产生比IGBT窄脉冲触发更严重的关断电压尖峰或振荡。产生上述过高浪涌电压或振荡的原因为：半导体器件在导通后极短时间内进入反向恢复阶段，在还未积累充分数量载流子的状态下外加电压，过渡层迅速扩大，使其产生强烈的di／dt，du／dt。故为实现IGBT的可靠应用，一般应限制最小触发和关断脉宽。
产生窄脉冲有些是由于硬件系统外部干扰或光纤驱动输入光信号异常导致，而有些则是由于控制系统或电气参数设计不当导致。前者需提高硬件系统的电磁兼容性或采取硬件限制措施，后者则可通过相应的理论分析与软件设计加以避免。
3 SVM中窄脉宽的产生
为提高电压利用率，大功率风电机组变流器均采用SVM控制。三相逆变器开关管共有8个开关状态，这8个开关状态构成了8个基本电压空间矢量，如图2所示，其中6个为有效矢量，幅值2Udc／3，相位依次相差60°；两个为零矢量，幅值为零。
一个开关周期内，基本电压矢量按分时方式发生作用，在时间上构成一个空间矢量序列，以合成目标矢量。目前风机变流器均采用基于DSP的对称原则，谐波含量较小的7段式SVM合成方式被广泛采用，其矢量图和驱动波形图如图3所示。可见，7段式波形合成特点为：①在调制度接近零时，各IGBT驱动波形占空比接近50％，大功率变流器中，开关周期较长，不会出现窄脉冲；②当目标矢量位于两个基本矢量中间位置时，零矢量作用时间最短；③在接近满调制时，零矢量作用时间内，必将有一组桥臂出现窄脉冲，宽度为0．5倍的零矢量作用时间；④极端时，即满调制(目标矢量位于两个基本电压矢量中间)时，无零矢量作用时间。
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一．现行工况
我公司混合料工序所用的混合剂是工业用酒精，由于酒精属于易燃易爆物，同时它又具有挥发性，所以该工序是我公司的安全重点保护区。我公司已采取了一些防范措施，如共投入使用十台抽风风机，因针对的是易燃易爆气体，因此要求可靠性极高。若其中一台风机故障跳闸或者是停转，将会导致气体排放不畅；必然引起危险气体的浓度接近或超过燃点（爆点），这很可能会造成严重的事故。
二．系统要求
现场十台风机的出口均配备有电节点压力表，其中五台风机采用检测风机的风量来判断出风机的故障点。只要系统的电机或风机出现各种故障，系统将立即自动发出声、光报警，提醒操作人员进行维修和处理。
三．系统运行原理
风机的出口处安装有电节点压力表，因此只要设定好相应的上下限压力值，即可直接将风机的运行情况（通过风压反映）送到PLC中进行检测。
若没有电节点压力表，或者使用风量传感器的方式，则可以使系统的风量检测更为直接准确。无论风机，或者是风机的电机出现任何故障时，系统均可以直接从风量上检测到故障，同时系统将相应的给出报警信号，因为是采用最直接的检测方式，所以可靠性大大增加了。
四．系统特点
该系统中采用了PLC和人机界面，对故障的处理非常完善、可靠。
1、 信号采集准确可靠
系统将直接根据排风管的风量大小（通过风量传感器）和风压大小（电节点压力表）判断系统的运行情况。当风机的电机出现故障（睹转或者是空载）时，系统的风量会发生很大的变化，同时若系统的风机反转时系统同样可以发出故障报警信号。
因为采用了风量和风压双测量的方式，因此若风量或者是风压检测回路中的一个出现故障时系统均可以正常运行，而故障回路可以在人机界面上进行屏蔽。
故障检测点检测到风量信号后，在PLC中进行检测和对比。在人机界面上各种对比信号均可以进行设定，系统灵敏度的调整更加方便快捷。
2、 故障处理智能化
系统采用PLC作为控制元件，系统的故障处理可以充分做到智能化控制。即若系统有备用风机时，系统可以直接将备用电机启动，保证系统运行的安全性。而故障风机退出运行过程的同时，在人机界面上以及柜体上均采用声光报警的信号进行报警通知相关人员进行维修处理,彩钢瓦屋顶通风降温。
3、 高可靠性
该系统的可靠性主要体现在以下几个方面：
首先，系统采用性能稳定的PLC作为控制器件，PLC内部含有硬件看门狗电路，当系统出现当机（即死机）情况时，系统的硬件看门狗电路，与软件没有关系，可以自动将系统复位后继续运行。
再次，系统采用风量和风压双重检测的方式，系统可靠性得到了很大的提高。
4、 系统显示直观
系统采用人机界面显示风机和电机的运行状态，而且人机界面上可以以曲线的图形方式，显示和给定风量的保护点，直观明了。
5、 报警功能完善
系统报警的形式较多，报警功能完善。
系统的报警功能，不但可以以声光的方式远传到值班室，而且可以通过MODEM以拨号的方式直接将风机运行情况，故障情况发送到固定的BB机上，实现无人职守的控制状态。
六．系统配置
该系统采用S7-200系列PLC，6.4寸黑白屏
配件名称 配件型号 数 量 备 注
PLC主机 西门子S7-200；216CPU 1 两个串口，无Mordem功能可采用214CPU
PLC数字量模块 继电器输出 3 2个8入8出、1个8入
PLC模拟量模块 4模拟量输入 2 0~5V,屋顶通风排热风机；0~5V
安全隔离栅 WOS1 3.5-15VDC 5
人机界面 PWS-1711STN 1 6寸单色屏
风量传感器 风量风速传感器 5 风量输入4~20mA变送输出
UPS电源 UH11-1KVA 纯在线式,屋顶排风机，延时半小时
低压电器 指示灯、按钮、中间继电器等 上海二工、正泰
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