й силовий модуль IPM містить швидкісні IGBT, з'єднані певною конфігурацією, схему управління ними, оптимізовану за характеристиками управління затвором цих транзисторів, схему захисту від перевантажень і схему індикації стану модуля. Схема захисту аналізує режими: перевантаження по струму (overload), короткого замикання навантаження (SC), пробою (breakdown), падіння напруги управління (UVTO) і перегрів модуля (overheat). Конфігурації з'єднань IGBT в силовому блоці можуть бути по: полумостовой схемою, трифазної мостовою схемою, трифазної транзисторної мостовій схемі з гальмівним транзистором, трифазної транзисторної мостовій схемі, схемі трифазного випрямляча, а також одиночний IGBT-модуль. У IPM вбудований драйвер, оптимізований за сигналами управління, і пристрій захисту від: короткого замикання; максимального струму; втрати напруги живлення; а також є тепловий захист. Модуль являє собою багатошарову конструкцію (малюнок 1).
Силові силіконові кристали IGBT розміщуються на керамічній підкладці (DCB - Al2O3 - кераміка), що є електроізолюючим і теплопроводящим шаром. Нижня сторона цього шару покрита методом напилення суцільний мідною фольгою, верхня сторона являє собою друковану плату, на якій виконуються з'єднання силових ключів, елементів управління (драйвер, компаратор, теплова захисту та ін.) І керуючих висновків. Мінімальні лінії зв'язків дають малі значення розподілених індуктивностей, що зменшує рівень перехідних напруг. Надійність роботи модуля оцінюють областю безпечної роботи (ОБР або SOA). Цей показник визначає допустимі поєднання струмів і напруг, при яких не порушується безпечна робота модуля, тому схема захисту обмежує режими модуля не по граничному току, а за параметрами ОБР. Для IPM задаються два види ОБР: ОБР для короткого замикання (SCSOA) і ОБР для імпульсного режиму (SSOA). SSOA задає обмеження на струм і напруга, одночасно діють при відключенні модуля. Алгоритми роботи драйвера і налаштування системи захисту IPM виключають неприпустимі поєднання струму і напруги. Безпечним для IPM вважається режим, коли напруга живлення не перевищує визначеного для нього напруги джерела живлення Ucc, а перенапруження при виключенні не перевищує граничного значення напруги колектор - емітер Uces. SCSOA гарантує безпечну роботу в одноразовому режимі короткого замикання (к. З.) При напрузі живлення нижче значення Ucc, при перенапруженні в ланцюзі колектор - емітер кожного модуля, менше Uces, і температурі кристала модуля нижче 125 ° С. Термін «одноразове к. З.» Має на увазі, що число к. З. обмежена (його значення наводиться в технічній характеристиці на модуль) і час між к. з. значно більше часу теплової постійної кристала.
Структурна схема одиночного IPM приведено малюнку 2. При відхиленні від норми перерахованих параметрів схема захисту вимикає силовий транзистор і видає сигнал несправності. У Полумостовой і мостових конфігураціях IPM відключаються транзистори нижнього рівня.
Як приклад на малюнку 3 наведена структурна схема модуля IPM трифазного інвертора, працював у режимі ШІМ формування вихідної напруги (висновки UVW).
Зміст блоків «Захист 1» і «Захист 2» наведено на малюнку 4, а і б. При роботі інвертора спільно з асинхронним двигуном для обмеження напруги в ланці постійного струму Ud в генераторних режимах передбачається ланцюг гасіння рекуперіруемой двигуном енергії. Вона являє собою зовнішній резистор R, що приєднується до точкам 1 і 2 модуля, і транзистор VT3. Значення опору зовнішнього резистора розраховується залежно від потужності двигуна, а характер комутації транзистора VT3 визначається інтенсивністю генераторних процесів. Обов'язковим для модуля інвертора є наявність ланцюгів захисту (снабберов) IGBT від комутаційних перенапруг. Для трифазних мостових схем достатня установка однієї ємності С в снаббере (малюнок 3). Для полумостовой схеми застосовується RCD-снаббер, приєднаний до кожної полумостовій схемі (малюнок 4, в). Для одиночних модулів, малюнок 2, застосовується RCD-снаббер, приєднаний до кожного силового ключу (малюнок 4, г).
У модулі інвертора використовуються дві внутрішніх зворотних зв'язку - по струму id і напрузі Ud. Для складних структур системи автоматичного управління координатами електроприводу застосовуються зворотні зв'язки по струмах фаз двигуна і зворотний зв'язок по положенню ротора двигуна, причому значення швидкості обчислюється мікропроцесором. Для управління координатами технологічного процесу використовуються зовнішні сигнали: по аналоговим входам, по дискретних входів через модуль введення-виведення SPI або по послідовному порту CAN від зовнішніх «інтелектуальних» пристроїв.
Харчування обмоток фаз двигуна в вентильно-індукторних електроприводах ВІП з самоподмагнічіваніем здійснюється однополярним імпульсами струму. Для цього на виході перетворювача застосовується комутатор, а не інвертор. Комутатор забезпечує п...
