Paraiškos

Kintamo dažnio priekabė (VFD) yra plačiai naudojama pramonės ir automobilių srityse. Pagrindinė technologija yra aukšto dažnio impulsų plotis moduliacija (PWM), naudojantSemiconductor slenkstis. Pagrindiniu būdu, dviejų lygių inverteriai, dirbantys perjungimo dažniuose nuo 4 iki 16 kHz, generuoja trimatės sinusinio pagrindo įtampą ar srovę, kad varomųjų variklių. Dėl 400V ir didesnių grandinės įtampos, IGBT dominuoja taikymuose. Su plonos juostos SiC MOSFET atsiradimu, jų puiki perjungimo našumas greitai pripažintas kaip svarbus motorių valdymo sistemos kūrimo aspektas. SiC MOSFET gali sumažinti perjungimo nuostolius apie 70% lyginant su tradiciniu Si IGBT arba pasiekti tą patį efektyvumą beveik trikartinėje perjungimo dažnyje. SiC MOSFET elgiasi kaip rezistorius ir neturi IGBT PN jungties įtampos nutrinkimo, kas sumažina praleidimo nuostolius, ypač mažose apkrovose. Dėl galimybės turėti aukštą PWM dažnį ir aukštą motorių valdymo sistemos pagrindo dažnį, variklis gali būti sukurtas su didesniu polių skaičiumi, kad sumažintų variklio dydį. 8-polis variklis gali sumažinti dydį apie 40% lyginant su 2-poliais varikliais to paties išvesties galios. Aukšta perjungimo dažnis leidžia sukurti aukštos tankio variklių dizainą. Šie rodikliai rodo didelę SiC MOSFET potencialą aukštų greičių, aukšto efektyvumo ir aukštos tankio variklių valdymo sistemų taikymui. Sėkmingas SiC MOSFET taikymas Tesla Model 3 pažymėjo pradžią erai, kurioje SiC pagrįstos variklių valdymo sistemos taps norma. Tendencija yra stipri, kad SiC MOSFET domins automobilių trakcijos taikymus, ypač 800V akumuliatorių transporto priemonių sektoriuje, bei gaus daugiau dalies aukštesniuose pramoniniuose taikymuose.

Norint išnaudoti visą SiC MOSFETų privalumą, perjungimo greitis (dv/dt) ir perjungimo dažnis turėtų būti padidinti mažiausia vienu kertu arba daugiau, lyginant su esamais IGBT pagrįstais sprendimais. Nepaisant didelio SiC MOSFETų potencialo, jų taikymas vis dar ribojamas esama variklio technologija ir vaivadų sistemos struktūra. Dauguma variklių turi didelę smegenų indukciją ir didelius papildomus kondensatorių talpinimus. Kabelis su trimis fazėmis, jungiantis variklį su inverteriu, esANTI forma LC apkinčio, kaip parodyta žemiau. Aukštas dv/dt įtampos lygis inverteriaus išvestyje gali aktyvuoti LC apkinčio, o įtampos virpačiai variklio terminaluose gali pasiekti du kartus didesnę reikšmę nei inverteriaus išvesties įtampos lygį. Tai kelia didelę įtampos slaptį variklio smegenims.

Kai inverteris yra tiesiogiai prijungtas prie variklio, kabelio voltinių „svirtis“ daugiau neegzistuoja. Tačiau aukštas dv/dt voltinių pokytis būtų tiesiogiai pritaikomas sijams, kaip parodyta žemiau, ir tai gali pagreitinti sių senėjimą. Be to, aukštas dv/dt voltas gali sukelti lankstų srovę bei sukelia lankštų eroziją ir ankstyvą nusilaimėjimą.

Kitas galimas problemos yra EMI. Aukštas dv/dt ir aukštas di/dt gali sukelti didesni elektromagnetinius sutrikimus. Visi dizainai turi įvertinti šias pasekmes tiek IGBT, tiek SiC sprendimų atveju.

Norint sunaikinti šias problemas, buvo kurtos skirtingos technologijos. Jei variklis ir inverterio vediklis turi būti atskirti, dv/dt kraštinis filtras arba sinusinė filtra yra veiksmingas sprendimas, tačiau su tam tikru papildomu išlaidų didėjimu. Patys variklio dizainai tobulėjo nuo to laiko, kai IGBT inverteriai tapo komerciškai prieinami. Geresniems izoliuotų magnetinių laidų, patobulintoms variklio spirales struktūroms ir šildymo metodams, varikliai gali efektyviau valdyti dv/dt, pradedant keliais V/ns ir galiausiai pasiekiant 40-50V/ns tikslą. SiC pagrįsti inverteriai labai efektyvūs, dažniausiai pasiekiant 98,5% efektyvumą 40kHz ir 99% 20kHz. Dėl vediklio nuostolių, integruotas variklio vediklis tampa realiu ir atrakcinium sistema, kurioje išjungiamos visos kabelio jungtys ir terminalo ryšiai, mažinantis sistemos dydį ir kainą. Pilnai uždaro tipo inverterio vediklis ir variklis yra veiksmingas būdas sumažinti EMI emisiją. Variklio rato srovės gali būti apgaubiamos sujungiant variklio ašį su statiniu grunto sprango ar šluotažodžiu. Kompiaktūs, aukštos naudingumo ir mažios svorio variklio vedikliai plačiai naudojami pramoninėse robotose, oro ir vandens dronuose ir pan.

Be to, kad varomosios sistemos dydis sumažėja, SiC MOSFET'ai leidžia naudoti aukštos greičio vartojimą. Aukštos greičio varomosios sistemos automobilių pramonei, oro erdvinėje technologijoje, valtis, pompoje ir kompresoriuose susijusiose srityse akivaizdžiai padidino interesą. Kai kuriose jau minėtose programose, aukštos greičio varomosios sistemos tampa būtinosiomis, o kai kuriose specifinių rinkodarbių srityse jos pagerino produkto kokybę ir inovacijas.

Integruotos varomosios sistemos programose

Norint užtikrinti glodų sinusinį vartojimą, VFD perjungimo dažnis turėtų būti bent 50 kartus didesnis už jungtinio srovės dažnį. Taigi, tarp perjungimo dažnio, polų poros ir varomojo greičio yra tokia sąsaja:

f_PWM = 50∙ Polų-poros ∙ rpm /60

Tobulai, paprastam 4 polių varikliui, norint pasiekti 10 krpm, f_PWM turi būti 16,6 kHz, kas yra maždaug maksimalus IGBT perjungimo dažnis. Todėl bet kokiai variklio greičio virš 10 krpm reikmei, SiC MOSFET-tvarkarai tampa pirmenybės arba vienintelis tinkamas pasirinkimas. Norint padidinti variklio galios tankį, dažniausiai padidinamas polių porų skaičius, kas reikalauja dar aukštesnio PWM perjungimo dažnio. SiC taikymas sukels naują variklių dizaino patobulinimų ir inovacijų rąstį.