变频器主要功率元器件损耗分析

摘自基于热仿真分析的低压变频器散热结构研究

变频器是一种控制交流电动机的电控设备,它可以改变电机的工作电源频率。变频器的主要组成部分有整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、控制单元等。依靠内部IGBT模块的导通和断开,变频器能够按照电机的工作需求,对输出电源的频率和电压进行调整,从而完成调速节能工作。

变频器通常由四部分组成:整流电容逆变控制单元
整流单元的工作内容是将固定工频的交流电源转换为直流电源。
电容的作用是储存转换后的电能。
由大功率开关晶体管阵列组成的逆变单元,将直流电转化成不同频率和幅
度的方波。
控制单元能够按按照编定的程序控制输出方波的幅度与脉宽,叠加得到近
似正弦波的交流电,提供给交流电动机。


IGBT模块损耗

IGBT的等效电路

图2-2 为IGBT 的等效电路。当将驱动正电压加在IGBT 内部的发射极和栅极之间,MOSFET 便会导通,这时晶体管导通,因为PNP 晶体管的集电极与基极之间为低阻状态;当IGBT 内部的发射极和栅极之间的电压为0V 时,OSFET将截止,PNP 晶体管的基极电流被切断,晶体管截止。

当IGBT 的驱动电压不足时,IGBT 的工作状态会不稳定,当发生以下情况时,可能会造成IGBT 永久性损坏:电压值超过发射极和栅极之间的耐压;加在IGBT 发射极和集电极之间的电压大于两者间的耐压;IGBT 发射极和集电极之间的电流大于最大电流值;IGBT 的结温超过其规定的结温上限。

IGBT 模块有两部分构成,分别是IGBT 和续流二级管(FWD)。其损耗构成如图2-3所示。

IGBT的损耗构成

整流桥的损耗

整流二极管的损耗计算与IGBT类似,包括通态损耗和开关损耗。

整流滤波电容损耗

变频器中的电解电容的损耗主要是纹波电流引起的电容发热而产生的,电解电容的内部可以等效成串联的一个电阻,其发热可等效成电阻发热。

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