¿Cómo mejorar la eficiencia de los inversores de potencia?

La eficiencia del inversor de potencia está directamente relacionada con la energía generada por el sistema, por lo que es un indicador importante que preocupa mucho a los clientes. Es de gran importancia aumentar la eficiencia de conversión del inversor de potencia.

La única forma de mejorar la eficiencia de los inversores de potencia es reducir las pérdidas. Las principales pérdidas de los inversores provienen de IGBT, MOSFET y otros tubos interruptores de potencia, así como de dispositivos magnéticos como transformadores e inductores, lo cual está relacionado con la corriente, el voltaje y el proceso que adopten los materiales seleccionados.

Componente	Tipo	factores	Medidas
IGBT	Pérdida de conmutación (dinámica)	Frecuencia de conmutación, voltaje de CC	Estrategia de control multinivel
	Pérdida de conducción (estática)	Corriente, resistencia interna del componente	Conmutación suave, nuevo componente
Inductancia	Pérdida de hierro (pérdida sin carga)	Capacidad, magneto resistencia	Mejorar la frecuencia de conmutación y el material conductor magnético
	Pérdida de cobre (pérdida de carga)	Corriente, resistencia interna	Buenos materiales conductores

pérdida de IGBT

Se puede dividir en pérdida de conducción y pérdida de conmutación. Entre ellos, la pérdida de conducción está relacionada con la resistencia interna y la corriente que pasa a través de los componentes, mientras que la pérdida de conmutación está relacionada con la frecuencia de conmutación de los componentes y el voltaje de CC soportado por los componentes.

pérdida de inductancia

Se puede dividir en pérdida de cobre y pérdida de hierro. Entre ellos, la pérdida de cobre se refiere a la pérdida causada por la resistencia de la bobina de inductancia. Cuando la corriente se calienta al pasar a través de la resistencia de la bobina de inductancia, parte de la energía eléctrica se transforma en energía térmica y se pierde, y debido a que la bobina generalmente está envuelta por un cable de cobre aislado, también se denomina pérdida de cobre, que se puede calcular midiendo la impedancia de cortocircuito de los transformadores. La pérdida de hierro incluye dos aspectos: la pérdida por histéresis y la pérdida por corrientes de Foucault, que se pueden calcular midiendo la corriente sin carga de los transformadores.

Técnicas para mejorar la eficiencia de los inversores

En la actualidad, existen tres rutas técnicas para mejorar la eficiencia de los inversores de potencia .

• Primero, la modulación de ancho de pulso de vector espacial y otros métodos de control se utilizan para reducir la pérdida.
• En segundo lugar, los componentes de materiales de carburo de silicio se utilizan para reducir la resistencia interna de los dispositivos de potencia.
• En tercer lugar, se adoptan topología eléctrica de tres niveles, cinco niveles, multinivel y tecnología de conmutación suave para reducir el voltaje en ambos extremos de los dispositivos de potencia y las frecuencias de conmutación de los dispositivos de potencia.

1. Modulación de ancho de pulso de vector espacial (SVPWM)

SVPWM es un método de control totalmente digital con las ventajas de una alta tasa de utilización de voltaje de CC y fácil control, que ha sido ampliamente utilizado en inversores de potencia. Con una alta utilización de voltaje de CC, se puede usar un voltaje de bus de CC más bajo con el mismo voltaje de salida, lo que reduce el estrés de voltaje de los dispositivos de conmutación de potencia, reduce la pérdida de conmutación en los dispositivos y mejora la eficiencia de conversión de los inversores de potencia hasta cierto punto. En la síntesis de vectores espaciales, hay muchas combinaciones de secuencias de vectores. A través de diferentes combinaciones y clasificaciones, se puede lograr el efecto de reducir los tiempos de conmutación de los dispositivos de potencia, lo que puede reducir aún más las pérdidas de conmutación de los dispositivos de potencia de los inversores de potencia.

2. Adoptar componentes hechos de material de carburo de silicio.

La impedancia por unidad de área de los dispositivos de carburo de silicio es solo el uno por ciento de la de los dispositivos de silicio, y los IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) y otros dispositivos de potencia hechos de carburo de silicio pueden reducir la impedancia en estado activo a una décima parte de los dispositivos de silicio convencionales. . Dado que la tecnología de carburo de silicio puede reducir efectivamente la corriente de recuperación inversa de los diodos, también se puede reducir la pérdida de conmutación de los dispositivos de potencia y la capacidad de corriente requerida para el interruptor principal. Por lo tanto, el diodo antiparalelo con diodo de carburo de silicio como interruptor principal es la forma de mejorar la eficiencia de los inversores de potencia. En comparación con el diodo antiparalelo de recuperación rápida tradicional, el diodo antiparalelo hecho de carburo de silicio puede reducir significativamente la corriente de recuperación inversa y mejorar la eficiencia de conversión total en un 1%. Después de usar IGBT rápido, la eficiencia de conversión de toda la máquina se puede mejorar en un 2 % debido a la aceleración de la velocidad de conmutación. Cuando el diodo antiparalelo de SiC se combina con el IGBT rápido, la eficiencia de los inversores de potencia mejorará aún más.

3. Conmutación suave y tecnología multinivel

Por el principio de resonancia, la tecnología de conmutación suave puede hacer que la corriente o el voltaje en los dispositivos de conmutación cambien de acuerdo con la ley del seno o cuasi-seno. Cuando la corriente cruza el cero naturalmente, el dispositivo se apaga, y cuando el voltaje cruza el cero naturalmente, el dispositivo se enciende, lo que reduce la pérdida de conmutación y resuelve los problemas de desconexión inductiva y apertura capacitiva. Además, no hay pérdida de conmutación en el interruptor cuando el voltaje en ambos extremos del interruptor o la corriente que fluye a través del interruptor es cero, el interruptor está encendido o apagado. Los inversores de potencia de tres niveles se utilizan principalmente en escenarios de alto voltaje y alta potencia, lo que aumenta la salida de nivel cero y reduce la tensión de tensión de los dispositivos de potencia a la mitad en comparación con la estructura tradicional de dos niveles. Por esta razón, los inversores de tres niveles pueden adoptar una inductancia de filtro de salida más pequeña que los inversores de dos niveles bajo la misma frecuencia de conmutación, lo que puede reducir efectivamente la pérdida de inductancia, el costo y el volumen. Mientras tanto, los inversores de potencia de tres niveles pueden adoptar una frecuencia de conmutación más baja, una pérdida de conmutación más baja y una eficiencia de conversión más alta que los inversores de potencia de dos niveles con el mismo contenido de armónicos de salida.