变频器功率器件选型与损耗计算

1、变频器功率器件选型与损耗计算功率器件选型 逆变器 直流母线电容 直流电抗器 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。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初步确定定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

2、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+-Voltage MeasurementABCThree-Phase SourcegakT3gakT2gakT1-PLoadDivideD3D2D1s-+Controlled Current SourceC1直流母线电容选型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直流母线电容选型t0t1时，tVVNCcos2tVPVPINDCOCDCOloadcos2_tVCdtdVCINDCCDCCsin2t=t1时，loadCII2arcsin2_1NDCDCOVCPt 直流母线电容选型t1t2时，DCDCONCCttPtVV)(2)cos2(1_21)3cos(2tVVNCt2t3时

4、， 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+-Voltage MeasurementABCThree-Phase SourcegakT3gakT2gakT1-PLoadL2L1DivideD3D2D1s-+Controlled Current SourceC1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

5、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_2DCDCODCDCDCDCDCDCODCDCVPRCLsVCPLRs 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。NNNDCIfVL23%33直流电抗器与电容寿命 通过

6、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ininSPcos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

7、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 . 1ovdcRMSDRMSII_Re_5 . 1功率器件损耗计算 IPOSIM简介 逆变器 直流母线电容 直流电抗器 整流器IPOSIM简介TopologyInputsDevice SelectionApplication DataResultsResultsResults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

8、_)()()( 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

9、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