逆變器轉換效率的重要性

提高逆變器的轉換效率有很大的重要性，比如我們提高1%的轉換效率，500KW的逆變器，平均每天算4小時，逆變器每天可以多發出將近20度電，那么一年可以多發出將近7300度電，十年即可多發出73000度電，就相當于一臺5KW逆變器的發電量，這樣客戶可以節省一臺5KW逆變器的電站，所以為了提高客戶的最大利益，我們需要盡可能地提高逆變器的轉換效率。

逆變器效率的影響因素

提高逆變器效率唯一的措施就是降低損耗，逆變器的主要損耗來自IGBT、MOSFET等功率開關管，以及變壓器、電感等磁性器件，損耗和元器件的電流，電壓以及選用的材料采取的工藝有關系。

IGBT的損耗主要導通損耗和開關損耗，其中導通損耗和器件內阻、經過的電流有關，開關損耗和器件的開關頻率，器件承受的直流電壓有關。

電感的損耗主要有銅損和鐵損，銅損指電感線圈電阻所引起的損耗，當電流通過線圈電阻發熱時，一部分電能就會轉變為熱能而損耗，由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損，銅損可以通過測量變壓器短路阻抗來計算。鐵損包括兩個方面：一是磁滯損耗，另一是渦流損耗，鐵損可以通過測量變壓器空載電流來計算。

如何提升逆變器效率

目前有三種技術路線：一是采用空間矢量脈寬調制等控制方式，降低損耗，二是采用碳化硅材料的元器件，降低功率器件的內阻，三是采用三電平，五電平等多電平電氣拓撲以及軟開關技術，降低功率器件兩端的電壓，降低功率器件的開關頻率。

1、電壓空間矢量脈寬調制

是一種全數字控制方式，具有直流電壓利用率高，易于控制的優點，被廣泛應用在逆變器中。直流電壓利用率高，可以在相同大小的輸出電壓下，采用更低的直流母線電壓，從而降低了功率開關器件的電壓應力，器件上的開關損耗更小，逆變器的變換效率得到了一定的提升。在空間矢量合成中，有多種矢量序列組合方法，通過不同的組合和排序，可以獲得減小功率器件開關次數的效果，從而能夠進一步減小逆變器功率器件的開關損耗。

2、采用碳化硅材料的元器件

碳化硅器件的單位面積的阻抗僅為硅器件的百分之一，利用碳化硅材料制作的IGBT等功率器件，其通態阻抗減為通常硅器件的十分之一，碳化硅技術可以有效減小二極管反向恢復電流，從而能降低功率器件上的開關損耗，主開關所需的電流容量也能相應減小，因此，將碳化硅二極管作為主開關的反并二極管，是改善逆變器效率的途徑。與傳統快恢復硅反并聯二極管相比，采用碳化硅反并聯二極管后，二極管反向恢復電流顯著減小，并可以改善1％的總變換效率。采用快速IGBT后，由于開關速度加快，并能改善2％整機變換效率。當把SiC反并二極管與快速IGBT相結合后，逆變器的效率將進一步改善。

3、軟開關與多電平技術

軟開關技術利用諧振原理，使開關器件中的電流或者電壓按正弦或者準正弦規律變化，當電流自然過零時，關斷器件；當電壓自然過零時，開通器件。從而減少了開關損耗，同時極大地解決了感性關斷，容性開通等問題。當開關管兩端的電壓或流過開關管的電流為零時才導通或者關斷，這樣開關管不會存在開關損耗。三電平逆變器拓撲主要應用在于高壓大功率場合。與傳統兩電平結構相比，三電平逆變器輸出增加了零電平，功率器件的電壓應力減半。因為這個優點，在相同的開關頻率下，三電平逆變器可以比兩電平結構采用更小的輸出濾波電感，電感損耗、成本和體積都能有效減小；而在相同的輸出諧波含量下，三電平逆變器可以比兩電平結構采用更低的開關頻率，器件開關損耗更小，逆變器的變換效率得到提高。

　　審核編輯：湯梓紅