aplikacije Србија

Погон са променљивом фреквенцијом (ВФД) се широко користи у индустријским и аутомобилским областима. Кључна технологија је високофреквентна модулација ширине импулса (ПВМ) коришћењем полупроводничких прекидача. Углавном двостепени претварачи који раде на фреквенцијама пребацивања у опсегу од 4 до 16 кХз генеришу трофазне синусоидне основне напоне или струје за погон мотора. За напон магистрале од 400В и више, ИГБТ-ови доминирају применом. Са појавом широкопојасних СиЦ МОСФЕТ-ова, супериорне перформансе комутације уређаја брзо привлаче велику пажњу на развој моторног погона. СиЦ МОСФЕТ је у стању да смањи комутационе губитке за око 70% у односу на Си ИГБТ или да постигне исту ефикасност при скоро 3к фреквенцији пребацивања. СиЦ МОСФЕТ-и, који се понашају као отпорник, немају пад напона на ПН споју ИГБТ-а, што смањује губитак проводљивости, посебно при малим оптерећењима. Са већим ПВМ фреквенцијама и већим основним фреквенцијама погона мотора које се могу постићи, мотор се може дизајнирати са већим бројем полова како би се смањила величина мотора. 8-полни мотор може смањити величину за 40% од 2-полног мотора са истом излазном снагом. Висока фреквенција укључивања омогућава дизајн мотора велике густине. Ове перформансе показују велики потенцијал СиЦ МОСФЕТ-а у апликацијама за велике брзине, високе ефикасности и велике густине. Успешна примена СиЦ МОСФЕТ-а на Тесла Модел 3 означила је почетак ере моторних погона заснованих на СиЦ. Снажна је тенденција да би СиЦ МОСФЕТ-и доминирали у аутомобилским апликацијама за вучу, посебно на возилима на батерије од 800 В и да би добили већи удео у индустријским апликацијама високе класе.

Да би се у потпуности искористиле предности СиЦ МОСФЕТ-а, брзина пребацивања (дв/дт) и фреквенција пребацивања треба да се повећају за један ред величине или више од тренутних решења заснованих на ИГБТ-у. Упркос великом потенцијалу СиЦ МОСФЕТ-а, примена уређаја је и даље ограничена тренутном технологијом мотора и структуром погонског система. Већина мотора има високу индуктивност намотаја и велики паразитски капацитет. Трофазни кабл који повезује мотор са претварачем у суштини формира ЛЦ коло, као што је приказано у наставку. Висок дв/дт напон на излазу инвертора може побудити ЛЦ коло, а скок напона на терминалима мотора могао би да одзвони чак и двоструко већи од излазног напона претварача. Додаје значајан напон на намотаје мотора.

Када је претварач директно прикључен на мотор, звоњење напона кабла више не постоји. Међутим, висока дв/дт промена напона би се применила на намотаје директно као што је приказано испод, што може убрзати старење намотаја. Штавише, високи дв/дт напон може индуковати струју лежаја и узроковати ерозију лежаја и превремени квар.

Још један потенцијални проблем је ЕМИ. Високи дв/дт и високи ди/дт могу изазвати већу емисију електромагнетних сметњи. Сви дизајни треба да узму у обзир ове ефекте и за ИГБТ и за СиЦ решења.

Да би се ова питања ублажила, развијене су различите технике. Ако мотор и инвертерски драјвер морају да се раздвоје, дв/дт ивични филтер или синусоидни филтер је ефикасно решење, али са неким додатним трошковима. Сам дизајн мотора се побољшавао откако су ИГБТ претварачи постали комерцијално доступни. Са боље изолованим магнетним жицама и побољшаном структуром намотаја намотаја мотора и методама заштите, способност управљања дв/дт мотора је значајно побољшана са неколико В/нс у почетку и на крају ће достићи циљ од 40-50В/нс. Инвертори засновани на СиЦ-у су веома ефикасни са ефикасношћу која обично достиже 98.5% на 40кХз и 99% на 20кХз. Због губитка драјвера, интегрисани моторни погон постаје изводљив и атрактивно системско решење, које елиминише све каблове и терминалне везе и смањује величину и цену система. Потпуно затворени инвертерски драјвер и мотор је ефикасан начин за смањење емисије ЕМИ. Струја лежаја се може заобићи кратким спојем осовине мотора са статором уземљеном опругом или четком. Компактни високо ефикасни, мале тежине и интегрисани моторни погони се широко користе у индустријским роботима, ваздушним и подводним дроновима, итд.

Поред смањења величине погонског система, СиЦ МОСФЕТ-ови омогућавају и велике брзине. Погони велике брзине су стекли све веће интересовање у аутомобилској индустрији, ваздухопловству, вретенима, пумпама и компресорима. Погони велике брзине су постали најсавременији за неке од горе поменутих апликација, док је у неким нишним применама, усвајање погона велике брзине побољшало перформансе и могућности у погледу квалитета производа и иновација производа.

Интегрисане Дриве апликације

Да би се обезбедио глатки синусоидни погон, фреквенција ВФД-а мора бити најмање 50 пута већа од фреквенције наизменичне струје. Стога, фреквенција пребацивања, пар полова и брзина мотора имају следећи однос:

ф_ПВМ = 50∙ пар полова ∙ о/мин /60

Наиме, да би обичан 4-полни мотор достигао 10 крпм, ф_ПВМ треба да буде 16.6 кХз, што је отприлике максимална ИГБТ фреквенција пребацивања. Стога, за било коју брзину мотора преко 10 крпм, СиЦ МОСФЕТ-ови постају пожељна или једина важећа опција. Да би се повећала густина снаге мотора, обично се повећава број пара полова, што захтева још већу ПВМ фреквенцију пребацивања. Примена СиЦ-а би покренула нови круг побољшања дизајна мотора и иновација.