L'inverter NPC in azionamenti di MT per motori asincroni - DimacReD

Appendice B
SEMICONDUTTORI DI POTENZA PER
CONVERTITORI IN MEDIA TENSIONE
Nelle applicazioni di media tensione i dispostivi di potenza a semiconduttori (gli interruttori) sono
progettati in modo da ottimizzare le loro caratteristiche tecnologiche (tempi di commutazione,
massima tensione di blocco...). Sono pilotati con particolari accorgimenti che comportano un
aumento della complessità e del costo del sistema di controllo dei circuiti di potenza.
Attualmente i dispositivi di potenza a semiconduttore utilizzati come interruttori negli inverter VSI
di media tensione sono: gli IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, in un modulo) o gli IGCT
(Integrated Gate Commutated Thyristor). Nel seguito sono fornite alcune informazioni tecniche su
questi dispositivi, utili per chi analizza il funzionamento dell‟inverter da un punto di vista globale
senza entrare in dettaglio nelle descrizioni del funzionamento o delle caratteristiche di tali
dispositivi [41-42-43].
Il dispositivo utilizzato deve far fronte a tre tensioni:
- la tensione del bus in continua in stato di blocco;
- i picchi di sovratensioni durante le commutazioni;
- la tensione massima in relazione alla corrente da interrompere durante la commutazione di
apertura, si deve garantire il funzionamento nella zona di sicurezza (SOA).
Gli IGBT sono fabbricati come piccoli semiconduttori in capsula con dimensioni tipiche di 2-3 cm 2 ;
sono poi montati all'interno di moduli in varie configurazioni elettriche e meccaniche assieme ai
corrispondenti diodi. In figura b.1 sono mostrati due moduli di IGBT. Vantaggi nell‟uso degli
IGBT, soprattutto per le piccole e medie potenze, sono la controllabilità della fase di commutazione
così come la capacità di sopportare il corto circuito (alte correnti e alte tensioni presenti
simultaneamente sull'elemento). Questo rende possibile operare senza circuiti protettivi (snubbers).
Inoltre gli IGBT possono essere collegati direttamente in serie senza grosse problematiche,
raggiungendo così tensioni di uscita dell‟inverter VSI a tre livelli oltre i 3,3 kV fino ai 7,2 kV.
Tali dispositivi possono raggiungere per basse potenze, frequenze di commutazioni superiori ai 10
kHz. Nelle applicazioni di media tensione l‟elevata tensione in gioco e un flusso maggiore di
potenza causano perdite di commutazione maggiori rispetto alle applicazione di bassa potenza,
questo porta a lavorare con frequenze di commutazione inferiori ai 1000 Hz.
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