1 引言

 

緩沖電路參數值直接影響GTO的關(guān)斷性能及整個(gè)GTO逆變器的工作性能。因此如何在設計GTO逆變器時(shí)合理設計緩沖電路參數，便成為重要的問(wèn)題。

 

本文通過(guò)對GTO關(guān)斷過(guò)程中陽(yáng)極電流與陽(yáng)極電壓波形的分析，提出并論證了GTO陽(yáng)極電流波形與緩沖電路參數無(wú)關(guān)、緩沖二極管的反向恢復過(guò)程與緩沖電路參數無(wú)關(guān)的論點(diǎn)。在此基礎上，提出了一種簡(jiǎn)便、實(shí)用的緩沖電路參數優(yōu)化設計方案?？筛鶕TO裝置性能的具體要求確定GTO緩沖電路元件  優(yōu)參數。在對GTO關(guān)斷過(guò)程中陽(yáng)極電壓及關(guān)斷功耗波形進(jìn)行仿真時(shí)，為提高仿真，采用了實(shí)測的陽(yáng)極關(guān)斷電流波形。并據此推導出關(guān)斷功耗波形。仿真結果與實(shí)驗波形比較，誤差極小。本文提出了一種以“綜合指標”作為目標函數的緩沖電路參數尋優(yōu)方案。

 

2 利用陽(yáng)極電流波形對陽(yáng)極電壓波形仿真的前提條件

 

GTO緩沖電路可等效為圖1所示電路。如要利用實(shí)測的陽(yáng)極電流對陽(yáng)極電壓進(jìn)行仿真，首先需要證明以下兩個(gè)條件成立：

 

（1）GTO陽(yáng)極電流波形與緩沖電路參數無(wú)關(guān)；

 

（2）緩沖二極管的反向恢復過(guò)程與緩沖電路參數無(wú)關(guān)。

 

GTO緩沖電路示意圖

2.1 GTO陽(yáng)極電流波形與緩沖電路參數無(wú)關(guān)

 

圖2為GTO關(guān)斷時(shí)的陽(yáng)極電流波形。整個(gè)過(guò)程可分為3個(gè)階段：即存儲時(shí)間段、下降時(shí)間段及拖尾時(shí)間段。

 

GTO陽(yáng)極關(guān)斷電流波形示意圖

 

圖2 GTO陽(yáng)極關(guān)斷電流波形示意圖

 

在存儲時(shí)間段及下降時(shí)間段中，存儲時(shí)間ts及下降時(shí)間tf值僅取決于門(mén)極抽取能力及GTO內部結構，而與緩沖電路參數無(wú)關(guān)。此兩段的陽(yáng)極電流波形也與緩沖電路參數無(wú)關(guān)。

 

在拖尾時(shí)間段，拖尾電流基本上由下降時(shí)間段的陽(yáng)極電流波形及結溫決定，與緩沖電路參數無(wú)關(guān)。

 

圖3中8條曲線(xiàn)是CS=2，3，4，5μF時(shí)的陽(yáng)極電流及陽(yáng)極電壓波形?？梢?jiàn)，在緩沖電路參數變化后，陽(yáng)極電壓波形變化較大，而4條陽(yáng)極電流曲線(xiàn)基本上完全重合。由此實(shí)驗可驗證以上分析的正確性。

 

緩沖電路參數改變后的陽(yáng)極電流

 

圖3 緩沖電路參數改變后的陽(yáng)極電流、陽(yáng)極電壓波形

 

圖中曲線(xiàn)（1），（2），（3），（4）為緩沖電路參數改變后的實(shí)測陽(yáng)極電壓波形；曲線(xiàn)（5），（6），（7），（8）為緩沖電路參數改變后的實(shí)測陽(yáng)極電流波形。

 

2.2 緩沖二極管的反向恢復過(guò)程與緩沖電路參數無(wú)關(guān)

 

儲存電荷Qr及恢復時(shí)間trr是緩沖二極管反向恢復過(guò)程中兩個(gè)重要參數。在分析GTO關(guān)斷過(guò)程時(shí)，可近似認為Qr，trr為常量。由圖4可證明這一點(diǎn)。圖4是改變緩沖電阻支路分布電感后測得的緩沖電阻支路電流及緩沖二極管支路電流?？梢?jiàn)，在Lrs改變后，irs變化很大，而ids幾乎不變。即可認為trr只與緩沖二極管本身的特性有關(guān)。

 

緩沖二極管恢復反向阻斷能力后的ids

 

  

圖4 緩沖二極管恢復反向阻斷能力后的ids，irs波形

 

圖中曲線(xiàn)（1），（2），（3）為L(cháng)rs改變前、后的實(shí)測緩沖電阻支路電流波形。

 

曲線(xiàn)（4），（5），（6）為L(cháng)rs改變前、后的實(shí)測緩沖二極管支路電流波形；

 

如圖5所示的緩沖二極管反向恢復特性曲線(xiàn)，t》t5后的緩沖二極管上電流近似認為是1條二次曲線(xiàn)，可以較好地說(shuō)明問(wèn)題。曲線(xiàn)方程為：公式（1）公式（2）

 

式中trr—緩沖二極管恢復時(shí)間;

 

t5—ids=Ism的時(shí)間；

 

Ido—t=t7時(shí)緩沖二極管的電流值。

 

緩沖二極管的反向恢復特性

 

3 陽(yáng)極電壓波形仿真

 

利用GTO陽(yáng)極電壓與陽(yáng)極電流間的數學(xué)模型，使用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行計算機仿真，可由實(shí)測的陽(yáng)極電流波形及緩沖電路參數得到陽(yáng)極電壓的仿真波形。仿真波形與實(shí)測波形相比，誤差極小。如圖6所示，圖中曲線(xiàn)為CS=2μF及5μF條件下實(shí)際測得的陽(yáng)極電壓波形及相應的仿真波形?？梢?jiàn)，仿真  可滿(mǎn)足尋優(yōu)要求。