Mga aplikasyon

Ang Variable Frequency Drive (VFD) ay madalas gamitin sa industriyal at automotive na mga larangan. Ang pangunahing teknolohiya ay ang mataas na katumbas ng pulse width modulation (PWM) gamit ang semiconductor switches. Pangunahing dalawang antas ng inverters na operasyon sa pagpapalit na frekwensiya sa saklaw ng 4 hanggang 16 kHz ay naglilikha ng tatlong-harap na sinusoidal na fundamental na voltatje o kurrente upang mag-drive ng mga motor. Para sa 400V at mas mataas na bus voltage, ang IGBTs ang nag-uumpisahan sa aplikasyon. Sa pagsulong ng wide-bandgap SiC MOSFETs, ang mga device na ito ay may higit na magandang pagpapalit na kinakatawanan na mabilis humikayat ng malaking pansin sa pag-unlad ng motor drive. Ang isang SiC MOSFET ay maaaring bawasan ang pagpapalit na wasto ng halos 70% ng kanyang kaparehas na Si IGBTs o maabot ang parehong ekwalidad sa karagdagang halos 3x na switching frequency. Ang SiC MOSFETs, na gumagana tulad ng resistor, ay kulang sa IGBTs’ PN junction voltage drop, na bumabawas sa conduction loss, lalo na sa maliit na loheng load. Sa mas mataas na PWM frequencies at mas mataas na motor drive’s fundamental frequencies na maabot, maaaring disenyo ang isang motor na may mas malaking bilang ng poles upang bawasan ang laki ng motor. Ang isang 8-pole motor ay maaaring bawasan ang laki ng 40% ng isang 2-pole motor na may parehong output power. Mataas na switching frequency ay nagiging sanhi ng mataas na density motor design. Ang mga pagganap na ito ay ipinapakita ang malaking potensyal ng SiC MOSFETs sa mataas na bilis, mataas na ekwalidad at mataas na density motor drive applications. Ang matagumpay na aplikasyon ng SiC MOSFETs sa Tesla Model 3 ay tumutukoy sa simula ng era ng SiC-based motor drive. Malakas ang tendensya na ang SiC MOSFETs ay magiging pangunahing automotive traction applications, lalo na sa 800V battery vehicles at makakuha ng higit na bahagi sa industriyal high-end applications.

Upang ma-optimizahan ang benepisyo ng SiC MOSFETs, dapat aimpluwensahin ang bilis ng pagpapalit (dv/dt) at ang frekwensiya ng pagpapalit nang isang order ng magnitude o higit pa mula sa kasalukuyang IGBT-basong solusyon. Gayunpaman, pati na ang malaking potensyal ng SiC MOSFETs, limitado pa rin ang kanilang aplikasyon dahil sa kasalukuyang teknolohiya ng motor at estraktura ng drive system. Karamihan sa mga motor ay may mataas na inductansiya ng puhitan at malaking kapasitansya ng parasito. Ang isang tatlong-fase na kable na nag-uugnay ng isang motor sa isang inverter ay bumubuo ng isang LC circuit, tulad ng ipinapakita sa ibaba. Ang mataas na dv/dt voltashe sa output ng inverter ay maaaring mag-inspire sa LC circuit at ang spike ng voltashe sa termino ng motor ay maaaring umikot ng halos duwang beses ng voltashe ng output ng inverter. Nagdadagdag ito ng mabilis na presyon ng voltashe sa puhitan ng motor.

Kapag ang inverter ay direkta naka-attach sa motor, hindi na umiiral ang cable voltage ringing. Gayunpaman, ang mataas na pagbabago ng voltahhe ng dv/dt ay dadalhin nang direkta sa windings tulad ng ipinapakita sa ibaba, na maaaring makipagdikit sa pagsenya ng winding. Pati na, ang mataas na voltahhe ng dv/dt ay maaaring mag-ipon ng bearing current at sanayin ang bearing erosion at maagang pagkabigo.

Isang iba pang posibleng isyu ay EMI. Ang mataas na dv/dt at mataas na di/dt ay maaaring mag-ipon ng mas mataas na electromagnetic interference emission. Dapat konsiderahan ng lahat ng disenyo ang mga epekto na ito para sa parehong IGBT at SiC batay na solusyon.

Upang maiwasan ang mga isyung ito, ibinuo na ang iba't ibang teknik. Kung kinakailangan ma-separate ang isang motor at isang inverter driver, maaaring gamitin ang dv/dt edge filter o sinusoidal filter bilang epektibong solusyon, ngunit may ilaw na koseng idadagdag. Ang disenyo mismo ng motor ay patuloy na nagpapabuti mula nang magkaroon ng IGBT inverters na komersyal. Sa pamamagitan ng mas mahusay na impenetrable na magnetic wires at pinabuting anyo ng pag-uwi ng coil ng motor at mga paraan ng shielding, tinatangi ang kakayahan ng motors sa dv/dt mula sa ilang V/ns noong unang simula at sa huli ay makakamit ang layunin ng 40-50V/ns. Mababawas ang wasto ng SiC-based inverters na karaniwang umuabot sa 98.5% sa 40kHz at 99% sa 20kHz. Dahil sa driver loss, ang integradong motor drive ay maaaring mangyari at napapanahon na sistema solusyon, na nakakakita ng lahat ng kable at terminal koneksyon at bumabawas sa laki at kosog ng sistema. Ang buong siklos na inverter driver at motor ay isang maaaring paraan upang bawasan ang EMI emission. Maaaring ipaslang ang bearing current sa pamamagitan ng pagkonekta ng axis ng motor sa stator gamit ang grounded spring o brush. Ang kompakto, taas ng ekasiyensiya, mababang timbang at integradong motor drives ay madalas ginagamit sa industriyal na robot, airborne at underwater drones, etc.

Bukod sa pagbabawas ng laki ng sistema ng drive, pinapagana din ng mga SiC MOSFET ang mataas na bilis ng drive. Nakakuha ng pataas na interes ang mga mataas na bilis ng drive sa automotive, aerospace, spindles, bomba at compressor. Ang mga mataas na bilis ng drive ay naging state of the art para sa ilang mga aplikasyon na nabanggit diyan sa unang bahagi habang sa ilang niche na aplikasyon, tinulak ng paggamit ng mataas na bilis ng drive ang mga performa at kakayahan sa aspeto ng kalidad ng produkto at pag-uulat ng produkto.

Nakakamit na mga Aplikasyon ng Drive

Upang magbigay ng mababaw na sinusoidal na drive, kailangan maging higit sa 50 beses ang VFD switching frequency kaysa sa frekwensya ng corriente AC. Kaya't may ganitong relasyon ang Switching frequency, pole pair at bilis ng motor:

f_PWM = 50∙ Pole-Pair ∙ rpm /60

Sa partikular, para sa isang karaniwang motor na may 4 poles, upang maabot ang 10 krpm, kailangan magiging 16.6kHz ang f_PWM, na katumbas ng halos maximum na IGBT switching frequency. Kaya't, para sa anumang bilis ng motor na higit sa 10 krpm, ang SiC MOSFETs ay maaaring maging pinili o isa lamang wastong opsyon. Upang dagdagan ang densidad ng kapangyarihan ng motor, madalas na kinakatawan ang bilog ng pole-pair, na nangangailangan ng mas mataas pa ring PWM switching frequency. Ang paggamit ng SiC ay dadalhin ang bagong round ng pag-unlad at pagbagsak sa disenyo ng motor.