Wie kann die Effizienz von Wechselrichtern verbessert werden?

Der Wirkungsgrad des Wechselrichters steht in direktem Zusammenhang mit der erzeugten Energie des Systems und ist daher ein wichtiger Indikator, der den Kunden sehr am Herzen liegt. Es ist von großer Bedeutung, den Umwandlungswirkungsgrad des Wechselrichters zu erhöhen.

Die einzige Möglichkeit, die Effizienz von Wechselrichtern zu verbessern, besteht darin, die Verluste zu reduzieren. Die Hauptverluste von Wechselrichtern entstehen durch IGBT-, MOSFET- und andere Leistungsschaltröhren sowie magnetische Geräte wie Transformatoren und Induktivitäten, was mit dem Strom, der Spannung und dem Prozess der ausgewählten Materialien zusammenhängt.

Komponente	Typ	Faktoren	Mittel
IGBT	Schaltverlust (dynamisch)	Schaltfrequenz, Gleichspannung	Mehrstufige Kontrollstrategie
	Leitungsverlust (statisch)	Strom, Bauteilinnenwiderstand	Sanftes Schalten, neue Komponente
Induktivität	Eisenverlust (Leerlaufverlust)	Kapazität, Magnetwiderstand	Verbessern Sie die Schaltfrequenz und das magnetisch leitende Material
	Kupferverlust (Lastverlust)	Strom, Innenwiderstand	Gute leitfähige Materialien

IGBT-Verlust

Es kann in Leitungsverlust und Schaltverlust unterteilt werden. Unter anderem hängt der Leitungsverlust mit dem Innenwiderstand und dem durch die Komponenten fließenden Strom zusammen, während der Schaltverlust mit der Schaltfrequenz der Komponenten und der von den Komponenten ausgehaltenen Gleichspannung zusammenhängt.

Induktivitätsverlust

Es kann in Kupferverlust und Eisenverlust unterteilt werden. Unter diesen bezieht sich der Kupferverlust auf den Verlust, der durch den Widerstand der Induktionsspule verursacht wird. Wenn Strom durch den Widerstand der Induktionsspule erhitzt wird, wird ein Teil der elektrischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt und geht verloren. Da die Spule normalerweise von isoliertem Kupferdraht umwickelt ist, spricht man auch von Kupferverlust, der durch Messung berechnet werden kann die Kurzschlussimpedanz von Transformatoren. Der Eisenverlust umfasst zwei Aspekte: Hystereseverlust und Wirbelstromverlust, die durch Messung des Leerlaufstroms von Transformatoren berechnet werden können.

Techniken zur Verbesserung der Effizienz von Wechselrichtern

Derzeit gibt es drei technische Möglichkeiten, den Wirkungsgrad von Wechselrichtern zu verbessern.

• Erstens werden Raumvektor-Pulsweitenmodulation und andere Steuerungsmethoden verwendet, um Verluste zu reduzieren.
• Zweitens werden Komponenten aus Siliziumkarbidmaterialien verwendet, um den Innenwiderstand von Leistungsgeräten zu verringern.
• Drittens werden drei-, fünf- und mehrstufige elektrische Topologien und Soft-Switching-Technologie eingesetzt, um die Spannung an beiden Enden von Leistungsgeräten und die Schaltfrequenzen von Leistungsgeräten zu reduzieren.

1. Raumvektor-Pulsweitenmodulation (SVPWM)

SVPWM ist eine vollständig digitale Steuerungsmethode mit den Vorteilen einer hohen Gleichspannungsnutzungsrate und einer einfachen Steuerung, die in Wechselrichtern weit verbreitet ist. Bei hoher Ausnutzung der Gleichspannung kann bei gleicher Ausgangsspannung eine niedrigere DC-Busspannung verwendet werden, was die Spannungsbelastung von Leistungsschaltgeräten verringert, die Schaltverluste an Geräten verringert und die Umwandlungseffizienz von Wechselrichtern bis zu einem gewissen Grad verbessert. Bei der Raumvektorsynthese gibt es viele Kombinationen von Vektorsequenzen. Durch unterschiedliche Kombinationen und Sortierungen kann der Effekt einer Verkürzung der Schaltzeiten von Leistungsgeräten erzielt werden, wodurch die Schaltverluste von Leistungsgeräten von Wechselrichtern weiter reduziert werden können.

2. Verwendung von Bauteilen aus Siliziumkarbid

Die Impedanz pro Flächeneinheit von Siliziumkarbid-Geräten beträgt nur ein Prozent der von Silizium-Geräten, und IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) und andere Leistungsgeräte aus Siliziumkarbid können die Impedanz im eingeschalteten Zustand auf ein Zehntel der herkömmlichen Silizium-Geräte reduzieren . Da die Siliziumkarbid-Technologie den Rückstrom von Dioden effektiv reduzieren kann, können auch die Schaltverluste von Leistungsgeräten und die für den Hauptschalter erforderliche Stromkapazität reduziert werden. Daher ist die Verwendung einer Antiparalleldiode mit einer Siliziumkarbiddiode als Hauptschalter die Möglichkeit, den Wirkungsgrad von Wechselrichtern zu verbessern. Im Vergleich zu herkömmlichen Antiparalleldioden mit schneller Wiederherstellung kann die aus Siliziumkarbid hergestellte Antiparalleldiode den Rückstrom erheblich reduzieren und die Gesamtumwandlungseffizienz um 1 % verbessern. Nach Verwendung eines schnellen IGBT kann der Umwandlungswirkungsgrad der gesamten Maschine aufgrund der Beschleunigung der Schaltgeschwindigkeit um 2 % verbessert werden. Durch die Kombination der SiC-Antiparalleldiode mit dem schnellen IGBT wird die Effizienz von Wechselrichtern weiter verbessert.

3. Soft Switching und Multilevel-Technologie

Durch das Resonanzprinzip kann die Soft-Switching-Technologie dazu führen, dass sich der Strom oder die Spannung in Schaltgeräten gemäß dem Sinus- oder Quasi-Sinus-Gesetz ändert. Wenn der Strom auf natürliche Weise Null durchläuft, wird das Gerät ausgeschaltet, und wenn die Spannung auf natürliche Weise Null durchläuft, wird das Gerät eingeschaltet, wodurch Schaltverluste reduziert und die Probleme der induktiven Trennung und des kapazitiven Öffnens gelöst werden. Darüber hinaus gibt es keinen Schaltverlust im Schalter, wenn die Spannung an beiden Enden des Schalters oder der durch den Schalter fließende Strom Null ist und der Schalter ein- oder ausgeschaltet ist. Dreistufige Power-Wechselrichter werden hauptsächlich in Hochspannungs- und Hochleistungsszenarien eingesetzt, wodurch die Nullleistung erhöht und die Spannungsbelastung von Leistungsgeräten im Vergleich zur herkömmlichen zweistufigen Struktur um die Hälfte reduziert wird. Aus diesem Grund können dreistufige Wechselrichter bei gleicher Schaltfrequenz eine kleinere Ausgangsfilterinduktivität verwenden als zweistufige Wechselrichter, wodurch Induktivitätsverluste, Kosten und Volumen wirksam reduziert werden können. Mittlerweile können dreistufige Wechselrichter bei gleichem Ausgangsoberschwingungsgehalt eine niedrigere Schaltfrequenz, geringere Schaltverluste und einen höheren Umwandlungswirkungsgrad als zweistufige Wechselrichter erreichen.