Ծրագրեր

Variable Frequency Drive (VFD) լայնորեն կիրառվում է արդյունաբերական և ավտոմոբիլային ոլորտներում: Հիմնական տեխնոլոգիան բարձր հաճախականության իմպուլսային լայնության մոդուլյացիան է (PWM)՝ օգտագործելով կիսահաղորդչային անջատիչներ: Հիմնականում երկու մակարդակի ինվերտորները, որոնք աշխատում են 4-ից 16 կՀց միջակայքում անջատիչ հաճախականություններով, առաջացնում են եռաֆազ սինուսոիդային հիմնարար լարումներ կամ հոսանքներ՝ շարժիչները շարժելու համար: 400V և բարձր ավտոբուսի լարման դեպքում IGBT-ները գերակշռում են հավելվածում: Լայնաշերտ SiC MOSFET-ների ի հայտ գալով, սարքերի փոխարկման բարձր արդյունավետությունը արագ մեծ ուշադրություն է գրավում շարժիչի շարժիչի զարգացման վրա: SiC MOSFET-ն ի վիճակի է նվազեցնել անջատման կորուստը իր գործընկեր Si IGBT-ների մոտ 70%-ով կամ հասնել նույն արդյունավետությանը մոտ 3x փոխարկման հաճախականությամբ: SiC MOSFET-ներ, որոնք իրենց պահում են որպես դիմադրություն, IGBT-ների PN հանգույցի լարման անկման բացակայություն, ինչը նվազեցնում է հաղորդունակության կորուստը, հատկապես թեթև բեռների դեպքում: Ավելի բարձր PWM հաճախականություններով և ավելի բարձր շարժիչի շարժիչի հիմնական հաճախականություններով, որոնք հասանելի են, շարժիչը կարող է նախագծվել ավելի մեծ բևեռների համարով՝ շարժիչի չափը նվազեցնելու համար: 8 բևեռ շարժիչը կարող է նվազեցնել նույն ելքային հզորությամբ 40 բևեռ շարժիչի չափը 2%-ով: Միացման բարձր հաճախականությունը թույլ է տալիս բարձր խտության շարժիչի դիզայնը: Այս կատարումները ցույց են տալիս SiC MOSFET-ների մեծ ներուժը բարձր արագությամբ, բարձր արդյունավետության և բարձր խտության շարժիչային շարժիչների ծրագրերում: SiC MOSFET-ների հաջող կիրառումը Tesla Model 3-ում նշանավորեց SiC-ի վրա հիմնված շարժիչային շարժիչների դարաշրջանի սկիզբը: Ուժեղ է միտումը, որ SiC MOSFET-ները գերիշխում են ավտոմոբիլային քարշային ծրագրերում, հատկապես 800 Վ մարտկոցով մեքենաների վրա և ավելի մեծ մասնաբաժին կստանան արդյունաբերական բարձրակարգ ծրագրերում:

SiC MOSFET-ների առավելություններն ամբողջությամբ օգտագործելու համար փոխարկման արագությունը (dv/dt) և անջատման հաճախականությունը պետք է բարձրացվեն մեկ կամ ավելի մեծության կարգով՝ ներկայիս IGBT-ի վրա հիմնված լուծումներից: Չնայած SiC MOSFET-ների մեծ ներուժին, սարքերի կիրառումը դեռևս սահմանափակված է ներկայիս շարժիչի տեխնոլոգիայով և շարժիչ համակարգի կառուցվածքով: Շարժիչների մեծ մասն ունեն բարձր ոլորուն ինդուկտիվություն և մեծ մակաբուծական հզորություն: Շարժիչը ինվերտորին միացնող եռաֆազ մալուխը, ըստ էության, կազմում է LC միացում, ինչպես ցույց է տրված ստորև: Բարձր dv/dt լարումը ինվերտորի ելքում կարող է գրգռել LC սխեման, իսկ շարժիչի տերմինալներում լարման բարձրացումը կարող է զանգել ինվերտորի ելքային լարման կրկնակի անգամ: Այն ավելացնում է զգալի լարման սթրես շարժիչի ոլորունների վրա:

Երբ ինվերտորը ուղղակիորեն միացված է շարժիչին, մալուխի լարման զանգն այլևս գոյություն չունի: Այնուամենայնիվ, բարձր dv/dt լարման փոփոխությունը կկիրառվի ոլորունների վրա ուղղակիորեն, ինչպես պատկերված է ստորև, ինչը կարող է արագացնել ոլորուն ծերացումը: Ավելին, բարձր dv/dt լարումը կարող է առաջացնել կրող հոսանք և առաջացնել առանցքակալների էրոզիա և վաղաժամ խափանում:

Մեկ այլ պոտենցիալ խնդիր EMI-ն է: Բարձր dv/dt և բարձր di/dt կարող են առաջացնել էլեկտրամագնիսական միջամտության ավելի բարձր արտանետում: Բոլոր նախագծերը պետք է հաշվի առնեն այս ազդեցությունները ինչպես IGBT-ի, այնպես էլ SiC-ի վրա հիմնված լուծումների համար:

Այս խնդիրները մեղմելու համար մշակվել են տարբեր տեխնիկա: Եթե ​​շարժիչը և ինվերտորի վարորդը պետք է առանձնացվեն, ապա dv/dt եզրային ֆիլտրը կամ սինուսոիդային ֆիլտրը արդյունավետ լուծում է, բայց որոշակի արժեքով: Շարժիչի դիզայնն ինքնին բարելավվել է այն պահից, երբ IGBT ինվերտորները դարձան կոմերցիոն հասանելի: Ավելի լավ մեկուսացված մագնիսական լարերի և շարժիչի պարույրի ոլորման կառուցվածքի և պաշտպանական մեթոդների շնորհիվ շարժիչների dv/dt բեռնաթափման հնարավորությունը սկզբնական շրջանում զգալիորեն բարելավվել է մի քանի Վ/վրկ-ից, և ի վերջո այն կհասնի 40-50 Վ/վն-ի նպատակին: SiC-ի վրա հիմնված ինվերտորները շատ արդյունավետ են, որոնց արդյունավետությունը սովորաբար հասնում է 98.5%-ի 40կՀց-ում և 99%-ի 20կՀց հաճախականության դեպքում: Վարորդի կորստի պատճառով շարժիչի ինտեգրված շարժիչը դառնում է իրագործելի և գրավիչ համակարգի լուծում, որը վերացնում է բոլոր մալուխները և տերմինալների միացումները և նվազեցնում համակարգի չափը և արժեքը: Ամբողջովին փակ ինվերտորի վարորդը և շարժիչը EMI արտանետումները նվազեցնելու արդյունավետ միջոց են: Առանցքակալի հոսանքը կարելի է շրջանցել՝ շարժիչի լիսեռը հիմնավորված զսպանակով կամ խոզանակով կարճացնելով ստատորին: Կոմպակտ, բարձր արդյունավետությամբ, ցածր քաշով և ինտեգրված շարժիչային շարժիչները լայնորեն օգտագործվում են արդյունաբերական ռոբոտներում, օդային և ստորջրյա դրոններում և այլն:

Բացի սկավառակի համակարգի չափսերի կրճատումից, SiC MOSFET-ները հնարավորություն են տալիս նաև բարձր արագությամբ վարել: Բարձր արագությամբ շարժիչները մեծ հետաքրքրություն են ձեռք բերել ավտոմոբիլային, օդատիեզերական, spindles, պոմպերի և կոմպրեսորների նկատմամբ: Բարձր արագությամբ կրիչներ վերը նշված որոշ հավելվածների համար դարձել են արդիական, մինչդեռ որոշ խորշ կիրառություններում բարձր արագությամբ կրիչներ ընդունելը մեծացրել է կատարումներն ու հնարավորությունները արտադրանքի որակի և արտադրանքի նորարարության առումով:

Ինտեգրված Drive հավելվածներ

Հարթ սինուսոիդային շարժիչ ապահովելու համար VFD-ի միացման հաճախականությունը պետք է լինի առնվազն 50 անգամ ավելի բարձր, քան ac ընթացիկ հաճախականությունը: Հետևաբար, միացման հաճախականությունը, բևեռների զույգը և շարժիչի արագությունը ունեն հետևյալ հարաբերությունները.

f_PWM = 50∙ Pole-Pair ∙ rpm /60

Մասնավորապես, ընդհանուր 4 բևեռ շարժիչի համար, որպեսզի հասնի 10 krpm-ին, f_PWM-ը պետք է լինի 16.6 կՀց, որը մոտավորապես IGBT անջատման առավելագույն հաճախականությունն է: Հետևաբար, 10 krpm-ից ավելի ցանկացած շարժիչի արագության դեպքում SiC MOSFET-ները դառնում են նախընտրելի կամ միակ վավեր տարբերակ: Շարժիչի հզորության խտությունը մեծացնելու համար բևեռների զույգերի թիվը սովորաբար ավելանում է, ինչը պահանջում է ավելի բարձր PWM անջատման հաճախականություն: SiC-ի կիրառումը կխթանի շարժիչի դիզայնի նոր փուլի բարելավումը և նորարարությունը: