變頻器功率器件選型與損耗計(jì)算

1、變頻器功率器件選型與損耗計(jì)算功率器件選型 逆變器 直流母線電容 直流電抗器 整流器逆變器選型逆變器選型 IGBT適用于中小功率應(yīng)用場(chǎng)合，其初步選型可根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及電壓、電流確定。逆變器的電壓 根據(jù)逆變器的輸入直流電壓來確定IGBT電壓等級(jí)。對(duì)于通用變頻器來說，也可根據(jù)電網(wǎng)電壓直接進(jìn)行選取。電網(wǎng)電壓等級(jí)230V480V575VIGBT電壓等級(jí)600V1200V1700V逆變器的電流 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的最大峰值電流初步確初步確定定IGBT的額定電流。例如，對(duì)于110KW的變頻器來說，可考慮重載應(yīng)用150%過載的情況。AIKINovdMinC6 .360170%15022_思考：為什么不考慮200%過

2、載的情況？逆變器選型 功率器件的選型是否合適最終由溫升情況決定。直流母線電容選型直流母線電容選型 電容選型需要考慮的參數(shù)主要有：壽命、溫度、電壓、容值、紋波電流。 直流母線電容的額定電壓可根據(jù)直流母線的工作電壓來確定，例如，480V級(jí)的變頻器可選2個(gè)450V的電容串聯(lián)。直流母線電容選型 可先忽略直流電抗器，并將直流母線之后的電路簡(jiǎn)化為恒功率負(fù)載來考慮。v+-Voltage MeasurementABCThree-Phase SourcegakT3gakT2gakT1-PLoadDivideD3D2D1s-+Controlled Current SourceC1直流母線電容選型00.0020.0

3、040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02460470480490500510520530540Rectified voltage and DC-link voltaget/sVrec & Vdc/V VrecVdct0 t1 t2 t3直流母線電容選型t0t1時(shí)，tVVNCcos2tVPVPINDCOCDCOloadcos2_tVCdtdVCINDCCDCCsin2t=t1時(shí)，loadCII2arcsin2_1NDCDCOVCPt 直流母線電容選型t1t2時(shí)，DCDCONCCttPtVV)(2)cos2(1_21)3cos(2tVVNCt2t3時(shí)

4、， 若已知Vc(t2)，則可計(jì)算出t2，進(jìn)而推算出CDC。然而，采用解析法求解較為困難。若在已知CDC的條件下推算Vc(t2)，則容易得多。因此，可采用二分法求解CDC。直流電抗器選型直流電抗器選型 直流電抗器的感值過大或過小，都會(huì)導(dǎo)致不好的后果。 v+-Voltage MeasurementABCThree-Phase SourcegakT3gakT2gakT1-PLoadL2L1DivideD3D2D1s-+Controlled Current SourceC1直流電感取值不當(dāng)?shù)膲奶庍^大過小帶恒功率負(fù)載時(shí)，容易出現(xiàn)振蕩母線電容的紋波電流過大，產(chǎn)生較大損耗，縮短電容壽命電抗器壓降過大，直流母

5、線電壓偏低 功率因數(shù)降低較高的THD直流電抗器與系統(tǒng)穩(wěn)定性 帶恒功率負(fù)載時(shí)，等效電路傳遞函數(shù)的特征方程為 0112_2_2DCDCODCDCDCDCDCDCODCDCVPRCLsVCPLRs 式中，RDC為整流濾波回路上的直流等效電阻，LDC為直流電感，VDC為直流母線電壓的平均值。一般地，有為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足12_DCDCODCVPR02_DCDCDCODCDCVCPLR因此，有DCODCDCDCDCPVCRL_2直流電抗器與系統(tǒng)穩(wěn)定性直流電抗器的電壓降 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，直流電抗器取值不應(yīng)超過同樣變頻器輸入交流電抗器3%阻抗電感量的3倍。NNNDCIfVL23%33直流電抗器與電容壽命 通過

6、仿真，得到流過母線電容的紋波電流，以及流過直流電抗器的平均電流，有效值電流等電流數(shù)據(jù)。 根據(jù)電容廠家提供的壽命估算方法估算母線電容的壽命。1010002TTTTrKLL變頻器輸入功率為視在功率為FCLossOinPPP_inNinIVS3輸入功率因數(shù)為ininSPcos直流電抗器與功率因數(shù)整流器選型整流器選型 整流器的型號(hào)可根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及電壓、電流確定。NOVDCcRRMVKVV32max_Re_ 當(dāng)變頻器的輸出對(duì)地短路時(shí)，可能導(dǎo)致母線電壓升高。整流器的電流流過每個(gè)整流二極管的平均電流為3_Re_LdcAVcAVII流過每個(gè)整流二極管的有效值電流為3_Re_LdcRMScRMSII變頻器的輸

7、入電流為L(zhǎng)dcRMScRMSII_Re_32整流器的電流 考慮過載情況，計(jì)算相關(guān)的電流數(shù)據(jù)，并留出一定裕量。ovdcAVDAVII_Re_5 . 1ovdcRMSDRMSII_Re_5 . 1功率器件損耗計(jì)算 IPOSIM簡(jiǎn)介 逆變器 直流母線電容 直流電抗器 整流器IPOSIM簡(jiǎn)介TopologyInputsDevice SelectionApplication DataResultsResultsResults逆變器損耗計(jì)算IGBT的導(dǎo)通損耗TQCCEIGBTcondtttItVTP0_)()()(1 IGBT的損耗主要由導(dǎo)通損耗與開關(guān)損耗組成。TQCCEIGBTcondttDtItVP0

8、_)()()( IGBT的導(dǎo)通損耗與導(dǎo)通壓降、電流以及占空比有關(guān)。IGBT的開關(guān)損耗 IGBT的開關(guān)損耗由開通損耗和關(guān)斷損耗組成。 開關(guān)損耗與直流電壓以及門極驅(qū)動(dòng)電阻有關(guān)。TfiioffionIGBTswswtEtETP1_)()(1TestonTestgonongononTestDConEREREVVE_)()(TestoffTestgoffoffgoffoffTestDCoffEREREVVE_)()(IGBT的結(jié)溫與損耗 IGBT的導(dǎo)通壓降與開關(guān)損耗皆受其結(jié)溫影響，并且在大部分的應(yīng)用范圍內(nèi)都具有正溫度系數(shù)的特性。IGBT的結(jié)溫與損耗 正溫度系數(shù)使得IGBT易于并聯(lián)應(yīng)用，但同時(shí)也令其自身構(gòu)

9、成一種正反饋特性。二極管的損耗 二極管的損耗計(jì)算方法與IGBT類似。 二極管的開通損耗比關(guān)斷損耗小很多，因此，主要關(guān)注二極管關(guān)斷引起的反向恢復(fù)損耗。TDFFDiodecondttDtItVP0_)()()(TfiirecDiodeswswtETP1_)(1二極管的損耗 二極管的反向恢復(fù)損耗與直流電壓以及門極開通電阻有關(guān)。TestrecTestgonrecgonrecTestDCrecEREREVVE_)()( 進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，逆變橋?qū)嶋H成為整流橋，再加上母線電壓升高，此時(shí)二極管的損耗急劇上升。直流母線電容損耗計(jì)算直流母線電容的損耗 直流母線電容的損耗分為兩部分，一部分由ESR引起，另一部分由漏電流引起。由于漏電流通常很小，所以主要考慮ESR引起的損耗。CdcFCCdcrCdcCdcrCdcESRKIESREIP2_2_直流電抗器損耗計(jì)算直流電抗器的損耗 直流電抗器的損耗分布較為復(fù)雜，在進(jìn)行損耗預(yù)估時(shí)，可以先只考慮銅耗和鐵耗兩部分。直流電抗器的損耗BfKtestACKtestCLFeBBffPP 鐵耗與磁心的材料、形狀、重量以及紋