变频器功率器件选型与损耗计算

变频器功率器件选型与损耗计算功率器件选型1.逆变器2.直流母线电容3.直流电抗器4.整流器逆变器选型逆变器选型IGBT适用于中小功率应用场合，其初步选型可根据拓扑结构以及电压、电流确定。RSTQ7D7Q8D8Q9D9L1L2C1Q1D1Q4D4Q2D2Q5D5Q3D3Q6D6UVWQ10D10R1逆变器的电压根据逆变器的输入直流电压来确定IGBT电压等级。对于通用变频器来说，也可根据电网电压直接进行选取。电网电压等级230V480V575VIGBT电压等级600V1200V1700V逆变器的电流根据实际应用的最大峰值电流初步确定IGBT的额定电流。例如，对于110KW的变频器来说，可考虑重载应用150%过载的情况。AIKINovdMinC6.360170%15022_思考：为什么不考虑200%过载的情况？逆变器选型功率器件的选型是否合适最终由温升情况决定。直流母线电容选型直流母线电容选型电容选型需要考虑的参数主要有：寿命、温度、电压、容值、纹波电流。直流母线电容的额定电压可根据直流母线的工作电压来确定，例如，480V级的变频器可选2个450V的电容串联。直流母线电容选型可先忽略直流电抗器，并将直流母线之后的电路简化为恒功率负载来考虑。v+-VoltageMeasurementABCThree-PhaseSourcegakT3gakT2gakT1-PLoadDivideD3D2D1s-+ControlledCurrentSourceC1直流母线电容选型00.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02460470480490500510520530540RectifiedvoltageandDC-linkvoltaget/sVrec&Vdc/VVrecVdct0t1t2t3直流母线电容选型t0～t1时，tVVNCcos2tVPVPINDCOCDCOloadcos2__tVCdtdVCINDCCDCCsin2t=t1时，loadCII2arcsin2_1NDCDCOVCPt直流母线电容选型t1～t2时，DCDCONCCttPtVV)(2)cos2(1_21)3cos(2tVVNCt2～t3时，若已知Vc(t2)，则可计算出t2，进而推算出CDC。然而，采用解析法求解较为困难。若在已知CDC的条件下推算Vc(t2)，则容易得多。因此，可采用二分法求解CDC。直流电抗器选型直流电抗器选型直流电抗器的感值过大或过小，都会导致不好的后果。v+-VoltageMeasurementABCThree-PhaseSourcegakT3gakT2gakT1-PLoadL2L1DivideD3D2D1s-+ControlledCurrentSourceC1直流电感取值不当的坏处过大过小带恒功率负载时，容易出现振荡母线电容的纹波电流过大，产生较大损耗，缩短电容寿命电抗器压降过大，直流母线电压偏低功率因数降低较高的THD直流电抗器与系统稳定性带恒功率负载时，等效电路传递函数的特征方程为0112_2_2DCDCODCDCDCDCDCDCODCDCVPRCLsVCPLRs式中，RDC为整流滤波回路上的直流等效电阻，LDC为直流电感，VDC为直流母线电压的平均值。一般地，有为了保证系统稳定，应满足12_DCDCODCVPR02_DCDCDCODCDCVCPLR因此，有DCODCDCDCDCPVCRL_2直流电抗器与系统稳定性直流电抗器的电压降根据经验，直流电抗器取值不应超过同样变频器输入交流电抗器3%阻抗电感量的3倍。NNNDCIfVL23%33直流电抗器与电容寿命通过仿真，得到流过母线电容的纹波电流，以及流过直流电抗器的平均电流，有效值电流等电流数据。根据电容厂家提供的寿命估算方法估算母线电容的寿命。1010002TTTTrKLL变频器输入功率为视在功率为FCLossOinPPP_inNinIVS3输入功率因数为ininSPcos直流电抗器与功率因数整流器选型整流器选型整流器的型号可根据拓扑结构以及电压、电流确定。NOVDCcRRMVKVV32max_Re_当变频器的输出对地短路时，可能导致母线电压升高。整流器的电流流过每个整流二极管的平均电流为3_Re_LdcAVcAVII流过每个整流二极管的有效值电流为3_Re_LdcRMScRMSII变频器的输入电流为LdcRMScRMSII_Re_32整流器的电流考虑过载情况，计算相关的电流数据，并留出一定裕量。ovdcAVDAVII_Re__5.1ovdcRMSDRMSII_Re__5.1功率器件损耗计算1.IPOSIM简介2.逆变器3.直流母线电容4.直流电抗器5.整流器IPOSIM简介TopologyInputsDeviceSelectionApplicationDataResultsResultsResults逆变器损耗计算IGBT的导通损耗TQCCEIGBTcondtttItVTP0_)()()(1IGBT的损耗主要由导通损耗与开关损耗组成。TQCCEIGBTcondttDtItVP0_)()()(IGBT的导通损耗与导通压降、电流以及占空比有关。IGBT的开关损耗IGBT的开关损耗由开通损耗和关断损耗组成。开关损耗与直流电压以及门极驱动电阻有关。TfiioffionIGBTswswtEtETP1_)]()([1TestonTestgonongononTestDConEREREVVE__)()(TestoffTestgoffoffgoffoffTestDCoffEREREVVE__)()(IGBT的结温与损耗IGBT的导通压降与开关损耗皆受其结温影响，并且在大部分的应用范围内都具有正温度系数的特性。IGBT的结温与损耗正温度系数使得IGBT易于并联应用，但同时也令其自身构成一种正反馈特性。二极管的损耗二极管的损耗计算方法与IGBT类似。二极管的开通损耗比关断损耗小很多，因此，主要关注二极管关断引起的反向恢复损耗。TDFFDiodecondttDtItVP0_)()()(TfiirecDiodeswswtETP1_)(1二极管的损耗二极管的反向恢复损耗与直流电压以及门极开通电阻有关。TestrecTestgonrecgonrecTestDCrecEREREVVE__)()(进行制动时，逆变桥实际成为整流桥，再加上母线电压升高，此时二极管的损耗急剧上升。直流母线电容损耗计算直流母线电容的损耗直流母线电容的损耗分为两部分，一部分由ESR引起，另一部分由漏电流引起。由于漏电流通常很小，所以主要考虑ESR引起的损耗。CdcFCCdcrCdcCdcrCdcESRKIESREIP2_2_直流电抗器损耗计算直流电抗器的损耗直流电抗器的损耗分布较为复杂，在进行损耗预估时，可以先只考虑铜耗和铁耗两部分。直流电抗器的损耗BfKtestACKtestCLFeBBffPP铁耗与磁心的材料、形状、重量以及纹波电流的频率、大小有关。LRMSCuESRIP2铜耗由线圈上的等效电阻引起。整流器损耗计算二极管模型二极管可近似等效为一个直流电压源与一个电阻串联的模型。整流器的损耗由于采用工频整流，因此开关损耗相对导通损耗而言很小，主要考虑导通损耗。TcRMScAVTOarmlossrIIVP2Re_Re__