IGBT – Die Kernkomponente des Wechselrichters

IGBT ist eine Art Leistungsgerät, das im Wechselrichter die Funktion der Leistungsumwandlung und Energieübertragung übernimmt. Es ist das Herzstück des Wechselrichters. Gleichzeitig ist der IGBT auch eine der unzuverlässigsten Komponenten im Wechselrichter. Es reagiert sehr empfindlich auf Temperatur, Spannung und Strom des Geräts. Schon bei geringfügiger Überschreitung des Standes wird das Gerät funktionsuntüchtig und kann nicht repariert werden. Bei einem IGBT-Schaden muss der Wechselrichter ausgetauscht oder überholt werden. Daher ist der IGBT das wichtigste Schutzobjekt des Wechselrichters.

Das Obige sind die drei Arten des IGBT-Ausfalls. Elektrische Fehler treten am häufigsten auf, da IGBT die Funktion der Strom- und Spannungsumwandlung übernimmt und die Frequenz sehr hoch ist. Ein zu hoher IGBT-Hauptstromkreis, eine zu hohe Antriebsspannung oder eine zu hohe externe Spitzenspannung können zu Überspannungsschäden führen. Darüber hinaus kann es zu Überlastung oder Kurzschluss kommen Der Wechselrichter kann einen Überstrom verursachen. Der zweite ist der Temperaturfehler. Der IGBT erzeugt im Betrieb viel Wärme. Wenn die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt werden kann, kann es zu Schäden durch Überhitzung kommen. Der mechanische Fehler wird wahrscheinlich bei den Herstellungs-, Verarbeitungs-, Transport- und Installationsprozessen verursacht. Ein solcher Zustand ist recht selten.

1. IGBT-Antriebsschutz
Der IGBT selbst ist ein Stromschaltgerät. Wann es eingeschaltet wird, wann es ausgeschaltet wird und wie lange es ein- oder ausgeschaltet bleibt, wird von der CPU des Wechselrichters gesteuert. Allerdings gibt der DSP ein PWM-Signal aus, das zwar schnell, aber nicht ausreichend leistungsstark ist. Die Hauptfunktion des Treibers besteht darin, das PWM-Signal zu verstärken.

Der IGBT steuert einen sehr hohen Hochfrequenzstrom und erzeugt das elektromagnetische Störsignal. Da sich der Treiber außerdem in der Nähe des IGBT befindet, muss die Treiberschaltung über eine Isolationsfunktion verfügen. Derzeit umfassen die Antriebsisolationsschemata Optokoppler, optische Fasern, Impulstransformatoren, magnetische Kopplung usw. Die Vor- und Nachteile jeder Methode sind wie folgt:

2. IGBT-Überstrom-/Kurzschlussschutz
Bei der Auslegung des IGBT wird dem Strom üblicherweise ein Spielraum von mehr als 10 % zugestanden. Wenn jedoch der Wechselrichter arbeitet, verursacht der Fehler auf der Lastseite aufgrund des Kurzschlusses zwischen Komponente und Last einen Überstrom und die Lastseite weist eine besonders große induktive Last auf. Beim Starten und Stoppen entsteht ein hoher Oberschwingungsstrom. Zu diesem Zeitpunkt steigt der Ausgangsstrom des Wechselrichters stark an, wodurch der Betriebsstrom des IGBT stark ansteigt. Der IGBT-Kurzschluss wird in zwei Fälle unterteilt: Der Durchgangsstrom entsteht im Brückenzweig des Umrichters, was als Typ-I-Kurzschluss bezeichnet wird. Der Kurzschlusspunkt des Wandlers liegt auf der Lastseite und die äquivalente Kurzschlussimpedanz ist hoch, was als Typ-II-Kurzschluss bezeichnet wird. Der Kurzschluss vom Typ II kann im Allgemeinen als schwerwiegender Überstrom im Wechselrichter angesehen werden. Wenn ein Kurzschluss auftritt und die entsprechenden Maßnahmen nicht ergriffen werden, gerät der IGBT schnell in die Entsättigung, und der vorübergehende Stromverbrauch überschreitet den Grenzwert und wird beschädigt, da der IGBT den Überstrom nur wenige Mikrosekunden lang aushalten kann. Wenn also ein Kurzschluss auftritt, sollte der IGBT so schnell wie möglich abgeschaltet werden und die Abschaltgeschwindigkeit sollte sanft sein, um sicherzustellen, dass die Stromänderungsrate innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt und so ein Spannungsabfall vermieden wird Der Schnitt erfolgt zu schnell, wodurch die Spannungsbelastung den Grenzwert überschreitet und der IGBT beschädigt wird. Das aktive Klemmschema ist mit der Schnellreaktionsmaßnahme ausgestattet, die es dem IGBT-Treiber ermöglicht, so schnell wie möglich zu arbeiten.

3. IGBT-Übertemperaturschutz
Wenn die Umgebungstemperatur des Wechselrichters zu hoch ist oder der Wechselrichter eine schlechte Wärmeableitung aufweist, führt eine ständige Überhitzung zu Schäden am IGBT. Wenn das Gerät weiterhin kurzgeschlossen ist, führt die durch den hohen Strom erzeugte Leistung zu einem Temperaturanstieg. Wenn die Chiptemperatur die Silizium-Eigentemperatur (ca. 250 °C) überschreitet, verliert das Gerät seine Sperrfähigkeit und die Gate-Steuerung ist nicht geschützt, was zu einem IGBT-Ausfall führt. Bei der Konstruktion werden hauptsächlich zwei Aspekte berücksichtigt: Erstens die Stärkung und Verbesserung des Wärmeableitungszustands des IGBT-Rohrs, einschließlich Luftkanaldesign, Kühlkörperdesign und -produktion, sowie Stärkung der Kühlung usw.; Zweitens entwerfen Sie eine Schutzschaltung zur Überhitzungserkennung und verwenden den integrierten Thermistor im IGBT-Modul, um die IGBT-Wärmeableitungstemperatur zu messen. Es ist sehr genau. Wenn die Temperatur den eingestellten Wert überschreitet, wird der IGBT ausgeschaltet und funktioniert nicht mehr.

4. IGBT-Schutz vor mechanischem Ausfall
Um die Wärmeableitung zu erleichtern, wird der IGBT mit Schrauben verbunden und am Kühler montiert. Die Verbindungsstärke dieser Schraube ist sehr speziell, was angemessen sein sollte. Wenn die Kraft zu stark ist, wird der IGBT beschädigt. Wenn die Kraft während des Transport- und Installationsprozesses zu gering ist, führt die Vibration zu einem schlechten Kontakt, der Wärmewiderstand erhöht sich und das Gerät wird durch Überhitzung beschädigt. Bei der Installation des IGBT wird ein spezieller Schraubendreher verwendet. Je nach IGBT-Modell wird das entsprechende Drehmoment verwendet, um sicherzustellen, dass der IGBT fest verbunden ist und nicht leicht beschädigt wird.

Abschluss
Der IGBT ist das empfindlichste und anfälligste Gerät im Wechselrichter. Gleichzeitig ist es auch die teuerste und kritischste Komponente des Wechselrichters und es sollten viele verschiedene Maßnahmen zu seinem Schutz ergriffen werden.