aansoeke

Variable Frequency Drive (VFD) is wyd gebruik in industriële en motorgebiede. Die sleuteltegnologie is hoëfrekwensie-pulswydtemodulasie (PWM) deur halfgeleierskakelaars te gebruik. Hoofsaaklik tweevlak-omskakelaars wat teen skakelfrekwensies in die reeks van 4 tot 16 kHz werk, genereer driefase sinusvormige fundamentele spannings of strome om motors aan te dryf. Vir 400V en hoër busspanning oorheers IGBT's die toepassing. Met die opkoms van SiC MOSFET's met wye bandgaping, trek die toestelle se uitstekende skakelwerkverrigting vinnig groot aandag op motoriese aandrywingsontwikkeling. 'n SiC MOSFET is in staat om skakelverlies met ongeveer 70% van sy eweknie Si IGBT's te verminder of dieselfde doeltreffendheid te bereik teen byna 3x skakelfrekwensie. SiC MOSFET's, wat soos 'n weerstand optree, 'n gebrek aan IGBT's se PN-aansluiting spanningsval, wat geleidingsverlies verminder, veral by ligte vragte. Met hoër PWM-frekwensies en hoër motoraandrywing se fundamentele frekwensies haalbaar, kan 'n motor ontwerp word met 'n groter poolnommer om die motorgrootte te verminder. 'n 8-polige motor kan die grootte met 40% van 'n 2-polige motor met dieselfde uitsetkrag verminder. Hoë skakelfrekwensie maak motorontwerp met 'n hoë digtheid moontlik. Hierdie prestasies toon 'n groot potensiaal van SiC MOSFET's op hoëspoed, hoë doeltreffendheid en hoëdigtheid motoraandrywing toepassings. Die suksesvolle toepassing van SiC MOSFET's op Tesla Model 3 was die begin van die SiC-gebaseerde motoraandrywing-era. Die neiging is sterk dat SiC MOSFET's motorvastraptoepassings sal oorheers, veral op 800V-batteryvoertuie en meer aandeel in industriële hoë-end toepassings sal kry.

Om die voordeel van SiC MOSFET's ten volle te ontgin, moet skakelspoed (dv/dt) en skakelfrekwensie met een orde van grootte of meer verhoog word vanaf huidige IGBT-gebaseerde oplossings. Ten spyte van die groot potensiaal van SiC MOSFET's, word die toestelle se toepassing steeds beperk deur huidige motortegnologie en dryfstelselstruktuur. Die meeste motors het hoë wikkelinduktansie en groot parasitiese kapasitansie. 'n Driefase-kabel wat 'n motor aan 'n omskakelaar verbind, vorm in wese 'n LC-stroombaan, soos hieronder getoon. Die hoë dv/dt-spanning by die omskakelaar-uitset kan die LC-kring opwek en die spanningspiekel by motorterminale kan soveel as twee keer van die omskakelaar-uitsetspanning lui. Dit voeg aansienlike spanningstremming op die motorwikkelings by.

Wanneer die omskakelaar direk aan die motor gekoppel is, bestaan ​​die kabelspanning nie meer nie. Die hoë dv/dt-spanningsverandering sal egter direk op die windings toegepas word soos hieronder uitgebeeld, wat windingveroudering kan versnel. Verder kan die hoë dv/dt-spanning 'n drastroom veroorsaak en laererosie en voortydige mislukking veroorsaak.

Nog 'n potensiële probleem is EMI. Hoë dv/dt en hoë di/dt kan hoër elektromagnetiese interferensie-emissie veroorsaak. Alle ontwerpe moet hierdie effekte in ag neem vir beide IGBT- en SiC-gebaseerde oplossings.

Om hierdie probleme te versag, is verskillende tegnieke ontwikkel. As 'n motor en 'n omskakelaar-aandrywer geskei moet word, is 'n dv/dt-randfilter of sinusvormige filter 'n effektiewe oplossing, maar met 'n bietjie koste bygevoeg. Motorontwerp self het verbeter sedert IGBT-omskakelaars kommersieel beskikbaar geword het. Met beter geïsoleerde magnetiese drade en verbeterde motorspoel-wikkelstruktuur en afskermmetodes, is motors se dv/dt-hanteringsvermoë aansienlik verbeter vanaf 'n paar V/ns aanvanklik en dit sal uiteindelik die doelwit van 40-50V/ns bereik. SiC-gebaseerde omsetters is baie doeltreffend met doeltreffendheid wat gewoonlik 98.5% by 40kHz en 99% by 20kHz bereik. As gevolg van die drywerverlies, word geïntegreerde motoraandrywing haalbaar en 'n aantreklike stelseloplossing, wat alle kabels en terminaalverbindings uitskakel en stelselgrootte en -koste verminder. Volledig ingeslote omskakelaar-aandrywer en motor is 'n effektiewe manier om EMI-emissie te verminder. Draerstroom kan omseil word deur die motor se as na stator te kortsluit met 'n geaarde veer of kwas. Kompakte hoogs doeltreffende, lae gewig en geïntegreerde motoraandrywings word wyd gebruik in industriële robotte, lug- en onderwater hommeltuie, ens.

Benewens vermindering van die grootte van die aandrywingstelsel, maak SiC MOSFET's ook hoëspoedaandrywing moontlik. Hoëspoedaandrywings het 'n groeiende belangstelling in motor-, lugvaart-, spilpunte, pompe en kompressors gekry. Hoëspoedaandrywings het die nuutste tegnologie geword vir sommige van die voorgenoemde toepassings, terwyl die aanvaarding van hoëspoedaandrywings in sommige nistoepassings die prestasies en die vermoëns in terme van produkkwaliteit en produkinnovasie verbeter het.

Geïntegreerde Drive-toepassings

Om 'n gladde sinusvormige aandrywing te verskaf, moet die VFD-skakelfrekwensie ten minste 50 keer hoër as wisselstroomfrekwensie wees. Daarom het skakelfrekwensie, poolpaar en motorspoed die volgende verband:

f_PWM = 50∙ Poolpaar ∙ rpm /60

Om 4 krpm te bereik, moet f_PWM naamlik 10kHz wees, wat omtrent die maksimum IGBT-skakelfrekwensie is, vir 'n gewone 16.6-polige motor. Daarom, vir enige motorspoed van meer as 10 krpm, word SiC MOSFET's 'n voorkeur- of enigste geldige opsie. Om motorkragdigtheid te verhoog, word poolpaargetal gewoonlik verhoog, wat 'n selfs hoër PWM-skakelfrekwensie vereis. Die toepassing van SiC sal 'n nuwe rondte se motorontwerpverbetering en innovasie aandryf.