价格面议2023-02-09 19:12:33
下表是IGBT,GTO和IGCT三种电力器件的性能比较:
IGCT损耗低、开关快速等这些优点保证了它能可靠、高效率地用于300 kVA~10MVA变流器,而不需要串联或并联。在串联时,逆变器功率可扩展到100MVA。虽然高功率的IGBT模块具有一些优良的特性,如能实现di/dt和dv/dt 的有源控制、有源箝位、易于实现短路电流保护和有源保护等。但因存在着导通高损耗、损坏后造成开路以及无长期可靠运行数据等缺点,限制了高功率IGBT模块在高功率低频变流器中的实际应用。因此IGCT将成为高功率高电压变频器的首选功率器件。
一个普通而又平凡的清晨,你在舒适的空调温度下醒来。打开冰箱,取出食物做一顿美美的早餐;解锁充好电的手机,查看最新的资讯;来到公司后打开电脑,开启一天的工作。电力悄无声息地融入你的生活,伴你度过充实的一天。与此同时,来自火电、水电、核电以及风电、光伏发电的电能正被源源不断地输送到城市和乡村,供给传统的能源、机械、交通、制造产业,以及新兴的通信、航天、医疗、材料等高技术产业使用。
但是,来自不同源头电能的电压、频率各不相同,它们就像形态、大小各异的食物,其中高达75%以上的部分都必须由“厨师”进行修整和加工,经过“烹饪”之后才能由“粗电”变成“精电”,最终供拥有不同“口味”的设备使用,满足复杂的用电需求。这位能够实现电能变换和控制的核心“大厨”便是功率半导体器件。
功率半导体器件也称电力电子器件,结合不同电路拓扑可以形成各类电力电子装置,实现整流、逆变、变频、调压等功能。随着功率半导体技术的不断革新,从高压输电到城市用电,从工业变频到医疗器械,从电动汽车的电机驱动到空调、冰箱等家用电器,再到手机、笔记本等数码产品,功率半导体器件无处不在,与我们的生活密不可分。其中,集成门极换流晶闸管(Integrated Gate Commutated Thyristor,IGCT)器件作为功率半导体器件家族中的年轻成员于1997年首次被提出,展现出了巨大的发展潜力,正成为直流电网的“芯”选择。
近年来,在新能源输送和大规模储能的驱动下,直流电网在世界各国的发展势不可挡。高压大容量功率半导体器件作为MMC、直流断路器、直流变压器、直流耗能装置等直流主干网络关键装备的核心元件,是学术研究的前沿话题,也是产业应用的关注热点。IGBT具有驱动功率小而且驱动电路简单、开关速度快、耐压高、电流大等优点,在柔性直流电网中得到了广泛的应用。而事实上,尽管IGBT优势突出,但是相比电流型器件,仍然存在通态压降大、可靠性低、制造成本高等问题,具有很多改进的空间。尤其是在高压大容量应用中,所使用的开关器件数量非常大,若能改进这些特性,进一步提高效率和可靠性、减小成本,将会具有很大的吸引力和应用前景。
而相比IGBT,IGCT具有更低的通态压降、更高的可靠性以及更低的制造成本,并且结构紧凑、具有更高的阻断电压和通流的能力,有望改进IGBT在高压大容量应用中的表现和性能。事实上,相比于交流电网应用,在柔性直流电网中,MMC、直流变压器以及直流断路器等关键设备均具有很多新的特点,例如MMC的开关频率非常低、直流变压器具有软开关能力、直流断路器仅需单次操作等。这些特点一定程度上将弱化IGCT开关速度慢等技术弱点,为IGCT在柔性直流电网中的应用带来了巨大的契机。
清华大学电机系和能源互联网研究院直流研究中心科研团队从2015年开始,结合直流电网关键装备的特性,围绕IGCT物理机理模型、参数优化、性能调控及新型驱动等关键技术展开研究,攻克了IGCT直流电网应用的科学和技术难题,并与株洲中车时代电气股份有限公司组成联合研究团队,成功研制出直流电网用新一代4 500V/5 000A IGCT-Plus器件,并实现了多项直流电网工程应用。
IGCT的门极电路里,包含了大量的IC和电阻电容,尤其是有大量的电解电容,为了提供大的关断电流而设计,使其有一定的寿命限制;而且,这种电容是不可更换的,必须连着整个器件一起更换,造成维护成本增大。如果器件出现故障,对于IGBT构成的系统,一般更换驱动电路或IGBT即可,价格在1500元以内,而且常规电压的IGBT及其驱动电路在内地市场代理商林立,一般都有现货;而对于IGCT构成的系统,必须更换整个IGCT,更换一次一般在20000元以上,其国内代理商只有少数几家,由于占用资金大,一般没有现货,所以一旦出现故障,维修周期长、费用高,而且由于器件复杂,对维修的技术人员要求很高,过了保修期以后往往受制于人。在电路设计上,IGBT只需要很小而比较简单的缓冲电路,有时甚至可以省略缓冲电路;IGCT除了要有电压缓冲电路外,还必须有电流缓冲电路,以抑制关断时的二次击穿,比IGBT复杂。目前的IGBT和IGCT开、关损耗都差不多,构成的变频器,效率也差别不大。要论优势,主要是IGCT的耐压目前比IGBT的耐压高,应用于高压变频器的话使得器件减少。但是目前的风电变流器都是690V的,IGBT的耐压也就足够了。IGCT以前的优点是电流大,方便串联应用,4500V/4000A很平常,现在被IGBT慢慢追上,IGBT有4500V/1200A的,可以并联,不方便串联,IGCT缺点是开关频率不能太高,波形没有IGBT好,损耗大,谐波大,对算法要求更高,价格贵。IGCT在超大电流场合应用较多,例如轧钢环境,3300V,上万kw功率,三电平IGCT变频器(西门子SM150)发挥出最好的控制性能。
1、IGCT具有电流大、阻断电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、低导通损耗等特点,而且造成本低,成品率高,有很好的应用前景。
2、相对于IGBT而言,IGCT投放市场的时间较晚,应用也没有IGBT广,技术成熟度不如IGBT。 目前的 IGBT和IGCT开、关损耗都差不多,构成的变频器,效率也差别不大。 要论优势,主要是IGCT的耐压目前比IGBT的耐压高,应用于高压变频器的话使得器件减少。但是目前的风电变流器都是690V的,IGBT的耐压也就足够了。 IGBT和IGCT,谁是电力电子器件的发展方向?目前学术界正在争论,虽然IGCT出现晚,但至少在目前,还看不出它相对IGBT有什么优势。但也有可能随着技术的发展,两者并驾齐驱,或者都被某种新的器件代替。
与IGCT所对应的是IEGT, IEGT也称为压装式IGBT (PPI)。