Prijave

Promjenjiva frekvencija pogona (VFD) široko se koristi u industrijskim i automobilskim područjima. Ključna tehnologija je visokofrekventna modulacija širine impulsa (PWM) pomoću poluprovodničkih prekidača. Glavno, inverteri s dvije razine koji rade na frekvencijama prekida između 4 do 16 kHz generiraju trofazne sinusne osnovne napredne napovještaje ili struje kako bi poganjali motor. Za napovještaj od 400V i više, IGBT-ovi dominiraju u primjeni. S pojavom širokog prugastog SiC MOSFET-a, odlična prekidna performansa uređaja brzo privlači pažnju na razvoj pogona motora. SiC MOSFET može smanjiti gubitke pri prekidanju za oko 70% u odnosu na svoje kontrpartije Si IGBT-e ili postići istu učinkovitost kod skoro tri puta veće frekvencije prekida. SiC MOSFET-i, ponašajući se kao otpor, nemaju pad napona PN spoja IGBT-a, što smanjuje provodne gubitke, posebno kod laganih opterećenja. S višim PWM frekvencijama i dostignutom višom osnovnom frekvencijom pogona motora, motor se može dizajnirati s većim brojem polova kako bi se smanjio veličina motora. Osam-polarni motor može smanjiti veličinu za 40% u odnosu na dvo-polarni motor s istom izlaznom snagom. Visoka frekvencija prekida omogućuje gusti dizajn motora. Ove performanse pokazuju veliki potencijal SiC MOSFET-a u primjenama visoke brzine, visoke učinkovitosti i gustoćom pogonu motora. Uspešna primjena SiC MOSFET-a u Tesli Model 3 označila je početak ere pogona motora temeljenog na SiC-u. Tendencija je jaka da će SiC MOSFET-i dominirati u primjenama trakcijskog automobila, posebno kod vozila s baterijom od 800V i stjecati više uloga u visokokvalitetnim industrijskim primjenama.

Da bi se potpuno iskoristila prednost SiC MOSFET-a, brzina prebacivanja (dv/dt) i frekvencija prebacivanja trebaju biti povećana za jedan red veličine ili više u odnosu na trenutna rješenja temeljena na IGBT-u. Nazadnje, napredak SiC MOSFET-ura ograničen je trenutnom motor tehnologijom i strukturom sustava pogona. Veći dio motora ima visoku induktivnu otpornost zavojnice i veliku parazitnu kapacitetu. Kabel od tri faze koji spaja motor s inverterom stvara LC krug, kao što je prikazano u nastavku. Visoka dv/dt napetost na izlazu invertera može pobuditi LC krug i napetosni špičasti signal na terminalima motora može biti dvostruko veći od napetosti na izlazu invertera. To dodatno stavlja značajan stres na motorne zavojnice.

Kada je inverter neposredno spojen s motorom, uživanje napona kabela više ne postoji. Međutim, brzi promjena napona dv/dt će biti direktno primijenjena na vijenje, kao što je prikazano u nastavku, što može ubrzati starenje vijenja. Nadalje, visoki promjena napona dv/dt može izazvati struju u osovinama i uzrokovati eroziju osovine te premašeni kraćanje života.

Još jedan mogući problem je EMI. Visoki dv/dt i visoki di/dt mogu izazvati veću emisiju elektromagnetnog zamuca. Sve dizajne moraju uzeti u obzir ove efekte za rješenja temeljena na IGBT i SiC.

Da bi se smanjili ovi problemi, razvijene su različite tehnike. Ako je potrebno odvojiti motor i inverterni pogonski uređaj, dv/dt ivicni filter ili sinusoidalni filter predstavlja učinkovito rješenje, ali uz dodatne troškove. Samo konstrukcija motora se poboljšavala od kada su IGBT inverteri postali komercijalno dostupni. S boljim izoliranim magnetskim žicama, poboljšanom strukturom zavojnog motornog zavojnice i štitnim metodama, sposobnost motora za obradu dv/dt se znatno poboljšala od početnih nekoliko V/ns i na kraju će dosegnuti cilj od 40-50V/ns. Inverteri temeljeni na SiC-u vrlo su učinkoviti, pri čemu učinkovitost obično postiže 98,5% pri 40kHz i 99% pri 20kHz. Zbog gubitaka pogonskog uređaja, integrirani motor pogonskog uređaja postaje moguć i privlačan sustavski pristup, što eliminira sve kabele i terminalne veze i smanjuje veličinu i cijenu sustava. Potpuno zaključeni inverterni pogonski uređaj i motor predstavljaju učinkovit način smanjenja emisije EMI-a. Struja nosača može biti preskočena spojivši os motora s statorm pomoću zemljene opruge ili šteta. Kompaktni, visoko-učinkoviti, nizake-težinske i integrirani motor pogonski uređaji široko se koriste u industrijskim robotima, letjelicama i podvodnim dronovima itd.

Pored smanjenja veličine pogonskog sustava, SiC MOSFETI omogućuju i visokobrzinsko vođenje. Visokobrzinskim pogonom raste interes u automobilskom, zrakoplovnom, špindlama, čembenicama i kompresorima. Visokobrzinska vođenja su postala standard za neke od navedenih primjena, dok u nekim nišnim primjenama, upotreba visokobrzinskog vođenja je poboljšala performanse i sposobnosti u smislu kvalitete proizvoda i inovacije proizvoda.

Integrirane pogonske primjene

Da bi se osigurala glatka sinusna vođenja, frekvencija prelaska VFD-a mora biti najmanje 50 puta veća od frekvencije strujnog toka AC. Stoga između frekvencije prelaska, para polova i brzine motora vrijedi sljedeći odnos:

f_PWM = 50∙ Para-polova ∙ okr./minuta /60

Imeno, za obični 4-poljni motor, da bi se dostiglo 10 krpm, f_PWM mora biti 16,6 kHz, što je otprilike maksimalna IGBT frekvencija prelaska. Stoga, za bilo koju brzinu motora iznad 10 krpm, SiC MOSFETI postaju poželjni ili jedini valjani izbor. Da bi se povećala snaga motora, broj parova polova obično se povećava, što zahtjeva još višu PWM frekvenciju prelaska. Primjena SiC-a podstiće novu rundu poboljšanja i inovacija u dizajnu motora.