Aplikimet

Drejtimi i Përmesore të Varur (VFD) ka qenë përdorur gjerisht në zonat industriale dhe automobilistike. Teknologjia e rëndësishme është modulimi i largjes së larg shkallës me frekuencë largjeshme (PWM) duke përdorur switch-e semikonduktoret. Pjeshër kryesore invertereve me dy nivel operojnë në frekuencat e ndjeshme në rangun 4-16 kHz dhe prodhojnë voltaza apo kurentet fondamentale sinusoide tre-fazë për të drejtuar motorët. Për voltazën e linjës 400V dhe më larg, IGBT dominojnë në aplikime. Me parimin e MOSFET SiC me largje të gjerë, performancat e supëra të pajisjeve të tyre përfaqësojnë interes të madh në zhvillimin e drejtimeve të motorëve. Një MOSFET SiC mund të largojë humbjjen e ndarjes së ndërlargshme për rreth 70% të pjestuesit të saj IGBT Si apo të arrite efikasitet i njëjtë në një frekuencë ndjeshë 3 herë më larg. MOSFET SiC, që sjellin si një rezistor, mungojnë humbjen e ndarjes së PN të IGBT, e cila largon humbjen e konduktimit, veçanisht në ngarkime të vegjël. Me frekuencat më të largshme të PWM dhe me frekuencat më të largshme të drejtimeve të motorëve të ardhshëm, motori mund të dizajnohet me numër të madh të polave për të larguar madhësinë e motorit. Një motor me 8 pola mund të largojë madhësinë për 40% të motorit me 2 pola me të njëjtin putenc të daljes. Frekuencat largjeshme lejojnë dizajn të dens të motorëve. Këto performanca tregojnë potencial të madh të MOSFET SiC në aplikime të drejtimeve të motorëve me shpejtësi të largshme, efikasitet të largshëm dhe densitet të largshëm. Aplikimi i suksesshëm i MOSFET SiC në Tesla Model 3 shënon fillimin e erës së drejtimeve të bazuar në SiC. Tendencia është e fortë se MOSFET SiC do të dominojnë në aplikimet e trakcionit automobilistike, veçanisht në vehikuj me bateri 800V dhe do të marrin më shumë pjesë në aplikimet industriale të largshme.

Për të përdorur plotëfaqish lajmërimin e MOSFETeve SiC, shpejtësia e ndërrimit (dv/dt) dhe frekuenca e ndërrimit duhet të rriten për një rend ose më shumë në krahasim me zgjidhjet aktuale bazuar në IGBT. Larg nga potenciali i madh i MOSFETeve SiC, aplikimi i pajisjeve është ende kufizuar nga teknologjia aktuale e motorëve dhe struktura e sistemit të drejtimi. Shumica e motorëve kanë induktivitet larg në vijore dhe kapacitancë parasitare të mëdha. Kablët e tre faza që lidhen një motor me një inverter formojnë thelb një rreth LC, siç tregon posa. Voltazhi i largëm i ndërrimit në daljen e inverterit mund të stimulejë rrethin LC dhe pikë e voltazhit në terminalin e motorit mund të rritet sa dy herë më shumë se voltazhi i daljes së inverterit. Kjo shton presje të rëndësishme në vijoret e motorit.

Kur inverteri është i lidhur drejtpërdrejt me motorin, foshnja e voltazhit të kablit nuk ekziston më. Megjithatse, ndryshimi larg i voltazhit me thelb të larg dhe do të aplikohet në rrotat drejtpërdrejt siç është paraqitur poshtë, çka mund të shpejtësojë vjetimin e rrotave. Përveç kësaj, voltazhi larg me thelb të larg dhe mund të indujojë një rrjedhje bari dhe të shkaktojë erozionin e barit dhe dështimin e paraprakisë.

Një problem potencial tjetër është EMI. Largimi larg dhe di/dt larg mund të indujojnë emision më të larg të ndikimit elektromagnetik. Te gjitha dizajnet duhet të merren parasysh këto efekte për të dy zgjidhjet bazuar në IGBT dhe SiC.

Për të larguar këto problemë, janë zhvilluar teknike të ndryshme. Nëse një motor dhe një driver inverter duhet të jenë të ndara, një filtr edge dv/dt ose një filtr sinusoidal është një zgjidhje efikase, por me disa koste shtesë. Vetë dizajni i motorit ka përparuar që nga kur inverteret IGBT u bënën disponueshme komerciale. Me kabla magnetike të ndjeshme më të mira dhe strukturë të përmirëtuara të lëngut motori dhe metodat e shkallimit, aftësia e manipulimit të motorit me dv/dt ka përmirësuar thelbësisht nga disa V/ns fillestarisht dhe do të arrin llogarinë e 40-50V/ns. Inverteret bazuite në SiC janë shumë efikase me efikasitet që zakonisht arron 98.5% në 40kHz dhe 99% në 20kHz. Larg për humbjen e drivër-it, integrimi i drivimit të motorit bëhet i mundur dhe një zgjidhje sistemi attraktiv, e cila eleminon të gjitha kabel dhe lidhjet terminali dhe zvogëlon madhësinë dhe kostin e sistemit. Driver-inverter i plotësisht fushuar dhe motori është një mjet efikas për të larguar emisionin EMI. Struja e barazhit të motorit mund të kalohet përmes lidhjes e aksha të motorit me statorin me një lule të dhënuar ose shkurt. Drivimet e motorit të thjeshta, të efikasa larg dhe të lagunshme integruar përdorren gjerisht në robot industriale, dronë aerore dhe zbatim të ngjyrë të tjera, etj.

Përveç largimit të madhësës së sistemit të drejtpërdorjes, SiC MOSFET-jt lejojnë edhe drejtpërdorje në shpejtësi larg. Drejtpërdorjet në shpejtësi larg kanë Marrë interes rritur në automobilistike, aerokosmos, hulle, pompe dhe kompresore. Drejtpërdorjet në shpejtësi larg janë become arti i larg për disa nga aplikimet e mënçãoar me qëndrim të ndryshme, ndërsa në disa aplikime niche, adopimi i drejtpërdorjeve në shpejtësi larg ka rritur performancat dhe aftësitë nëpërmjet cilësishës së produkteve dhe inovacionit të tyre.

Aplikime të Integruara të Drejtpërdorjes

Për të parë një drejtpërdorje sinusoidale e lehtë, frekuenca e ndërlargimit të VFD duhet të jetë të paktën 50 herë më e larg se frekuenca e rrënjës së AC. Pra, ndërlargimi, çift pol dhe shpejtësia e motorit ka lidhjen e mëposhtme:

f_PWM = 50∙ Pole-Pair ∙ rpm /60

Specifiku, për një motor 4-polor e përbashkët, për të arritur 10 krpm, f_PWM duhet të jetë 16.6kHz, që është rreth maksimumi i frekuencës së ndërrimit të IGBT. Pra, për çdo shpejtësi motori larg 10 krpm, SiC MOSFET-haj bëhen një zgjedhje preferuar ose vetëm e vlefshme. Për të rritur densitetin e forcës së motorit, numri i çiftave polore zakonisht rritet, çka kërkon një frekuencë të ndërrimit PWM joqashtu larg. Aplikimi i SiC do të ndjeshërrojë një rrotullim të ri të përmirësimit dhe inovacionit në dizajnin e motorëve.