Hoạt động của IGBT trong biến tần quang điện là gì?

Biến tần năng lượng mặt trời là một thiết bị quan trọng trong hệ thống quang điện; chức năng chính của nó là chuyển đổi dòng điện một chiều do mô-đun quang điện tạo ra thành dòng điện xoay chiều. Hơn nữa, biến tần chịu trách nhiệm nhận dạng thành phần, lưới điện, tình trạng chạy cáp, giao tiếp bên ngoài và các chức năng quan trọng khác.

Liên hệ để được tư vấn các dòng biến tần phù hợp khi có nhu cầu lắp điện năng lượng mặt trời trả góp hiện nay bởi công ty phụ kiên điện mặt trời GIVA ACCESSORIES.

Mục lục

Tìm hiểu về IGBT trong biến tần là gì?

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) là một loại transistor đặc biệt được sử dụng trong các ứng dụng điện tử công suất cao như biến tần. IGBT kết hợp cả tính chất của transistor MOSFET và transistor bipole, cho phép nó hoạt động ở công suất cao và có khả năng điều khiển tốt.

Trong biến tần, IGBT được sử dụng để điều khiển và chuyển đổi nguồn điện đầu vào thành nguồn điện đầu ra có tần số và biên độ khác nhau. IGBT thường được sắp xếp thành các mạch điều khiển được gọi là inverter trong biến tần.

Các ưu điểm của IGBT trong biến tần bao gồm:

1. Chịu được điện áp và dòng điện cao: IGBT có khả năng chịu điện áp và dòng điện cao, cho phép nó hoạt động ở công suất lớn.

2. Tính ổn định và đáng tin cậy: IGBT có tính ổn định và đáng tin cậy trong các ứng dụng công suất lớn như biến tần.

3. Khả năng điều khiển tốt: IGBT có khả năng điều khiển tốt, cho phép nó được sử dụng để tạo ra dạng sóng và biên độ điện áp đầu ra mong muốn.

4. Hiệu suất cao: IGBT có hiệu suất cao, giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng khả năng chuyển đổi của biến tần.

5. Tích hợp cảnh báo bảo vệ: IGBT có tích hợp các chức năng bảo vệ quan trọng như quá dòng, quá áp, quá nhiệt, và quá tải, giúp bảo vệ hệ thống và nâng cao độ tin cậy.

Với các ưu điểm trên, IGBT đã trở thành một phần quan trọng trong thiết kế và vận hành của các biến tần công suất lớn.

Hoạt động của IGBT

IGBT hoạt động dựa trên sự kết hợp của transistor MOSFET và transistor bipole. Nó có thể hoạt động ở các cấp độ công suất cao và cung cấp khả năng điều khiển tốt.

Quá trình hoạt động của IGBT được mô tả như sau:

1. Chế độ dẫn (ON state)

Khi điện áp cực cộng (VGE) được áp dụng lên cổng IGBT, điện trường được tạo ra trong lớp điện cách ly và tạo ra một dòng chảy nhỏ từ cổng vào điện cực cộng (Emitter) của IGBT. Dòng này kích hoạt một biến cực NPN nằm ở phần dưới của IGBT. Điều này cho phép dòng chảy từ cực dương (Anode) vào cực âm (Cathode) của IGBT.

2. Chế độ cắt (OFF state)

Khi không có điện áp cực cộng được áp dụng lên cổng IGBT, không có dòng chảy từ cổng vào điện cực cộng. Do đó, biến cực NPN không được kích hoạt và không có dòng chảy từ cực dương vào cực âm của IGBT. Trạng thái này được gọi là trạng thái cắt, trong đó IGBT không dẫn dòng.

IGBT có khả năng chuyển đổi giữa trạng thái dẫn và trạng thái cắt với tốc độ cao, điều này cho phép nó thực hiện chức năng chuyển đổi công suất trong các ứng dụng như biến tần. Khi ở trạng thái dẫn, IGBT có thể chịu dòng điện và điện áp cao, và khi ở trạng thái cắt, nó không dẫn dòng, giảm tổn thất công suất.

Insulated Gate Bipolar Transistor cũng được điều khiển bằng cách điều chỉnh điện áp cực cộng (VGE) trên cổng để kiểm soát dòng điện và công suất thông qua IGBT. Điều này cho phép điều khiển tần số, biên độ và hình dạng sóng của tín hiệu đầu ra trong các ứng dụng biến tần.

IGBT là một thiết bị chuyển đổi dòng điện, độ dài của thiết bị được điều khiển bởi CPU của biến tần. Nhưng đầu ra DSP là tín hiệu PWM, tốc độ cực nhanh nhưng công suất không đủ. Do đó, nhiệm vụ chính của trình điều khiển là khuếch đại tín hiệu PWM.

Tóm lại, IGBT là một linh kiện quan trọng trong công nghệ điện công suất cao và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như biến tần, điều khiển động cơ và các hệ thống điện tử công suất khác.

Kiến thức liên quan: Sự khác biệt giữa quá tải, quá dòng và quá áp

Ứng dụng của công nghệ IGBT

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và điện tử công suất. Dưới đây là một số ứng dụng chính của IGBT:

1. Biến tần

IGBT là thành phần chính trong các biến tần công suất lớn. Nó được sử dụng để chuyển đổi nguồn điện từ nguồn đầu vào thành nguồn điện đầu ra có tần số và biên độ khác nhau. Ứng dụng biến tần rộng rãi trong điều khiển động cơ, hệ thống điều hòa không khí, đèn chiếu sáng, máy công cụ, tàu thủy, và nhiều ngành công nghiệp khác.

2. Điều khiển động cơ

IGBT được sử dụng trong các hệ thống điều khiển động cơ để điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của động cơ điện. Nó cung cấp khả năng điều khiển cao, chính xác và hiệu suất cao cho các ứng dụng điều khiển động cơ công suất lớn như động cơ công nghiệp, động cơ điện đường sắt, và các ứng dụng đặc biệt khác.

3. Hệ thống điện năng lượng

IGBT được sử dụng trong các hệ thống chuyển đổi và điều khiển năng lượng, bao gồm biến tần mạng lưới, hệ thống lưu trữ năng lượng, hệ thống mạng lưới thông minh và các ứng dụng khác liên quan đến quản lý và điều khiển năng lượng.

4. Máy hàn công nghiệp

IGBT được sử dụng trong các máy hàn công nghiệp để tạo ra dòng điện mạnh và ổn định cho quá trình hàn. Nó giúp cung cấp khả năng điều khiển chính xác và hiệu suất cao trong các ứng dụng hàn công nghiệp.

5. Hệ thống điện mặt trời

IGBT được sử dụng trong hệ thống điện mặt trời để chuyển đổi điện năng DC từ tấm pin mặt trời thành điện năng AC để sử dụng hoặc đưa vào lưới điện. Insulated Gate Bipolar Transistor cung cấp khả năng điều khiển tốt và hiệu suất cao cho hệ thống điện mặt trời.

6. Các ứng dụng khác

Ngoài những ứng dụng trên, IGBT còn được sử dụng trong các lĩnh vực như ứng dụng tàu thủy, hệ thống UPS (Uninterruptible Power Supply), máy nén khí, robot công nghiệp, và nhiều ứng dụng công suất khác.

Tóm lại, IGBT có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống công suất cao và là một thành phần quan trọng trong điện tử công suất và công nghệ điều khiển.

Nội dung liên quan: So sánh biến tần và bộ chuyển đổi có gì khác biệt?

Hoạt động chính Insulated Gate Bipolar Transistor trong biến tần

Bảo vệ chống quá dòng và ngắn mạch

Dòng điện thường sẽ để lại chênh lệch hơn 10% trong thiết kế IGBT. Khi biến tần sóng sin thuần túy đang hoạt động, tải ngắn mạch dẫn đến quá dòng, phía tải có tải cảm ứng đặc biệt lớn, có dòng điện hài lớn (Dòng điện hài là dòng điện có tần số là bội của tần số cơ bản) khi khởi động và dừng. Điều đó dẫn đến lúc này dòng điện đầu ra của biến tần sẽ tăng lên mạnh, dẫn đến dòng điện làm việc của IGBT tăng mạnh.

Bảo vệ quá nhiệt

Quá nhiệt liên tục sẽ gây ra hư hỏng IGBT nếu nhiệt độ xung quanh của biến tần quá cao và khả năng tản nhiệt của biến tần sóng hình sin không đủ. Nếu thiết bị liên tục bị đoản mạch, nhiệt do dòng điện lớn tạo ra sẽ khiến thiết bị quá nóng. Nếu nhiệt độ chip tăng cao hơn nhiệt độ silicon (khoảng 250 °C), thiết bị sẽ mất khả năng chặn và điều khiển cổng không được bảo vệ, dẫn đến lỗi IGBT. Vì vậy, trong thiết kế, chủ yếu có hai yếu tố cần xem xét.

Tránh lỗi cơ học

Để hỗ trợ tản nhiệt, các Insulated Gate Bipolar Transistor được kết nối bằng các vít được đặt trên bộ tản nhiệt; cường độ kết nối của các vít phải chính xác hoàn hảo, không quá mạnh cũng không quá nhẹ. Nếu lực quá lớn, IGBT sẽ bị hỏng. Nếu lực quá nhẹ, rung động sẽ tạo ra tiếp xúc kém, tăng khả năng chịu nhiệt và làm hỏng thiết bị do quá nhiệt trong quá trình vận chuyển và lắp đặt. Do đó, một lô vít cụ thể sẽ được sử dụng để lắp đặt IGBT.

Mô-men xoắn thích hợp sẽ được áp dụng, tùy theo loại IGBT; để đảm bảo rằng kết nối chắc chắn và không bị phá hủy cùng một lúc. Insulated Gate Bipolar Transistor là thành phần dễ hư hỏng nhất của biến tần, nhưng nó cũng là thành phần quan trọng và đắt nhất của biến tần nguồn. Do đó, để bảo vệ IGBT đúng cách, bộ biến tần phải bao gồm nhiều cơ chế bảo vệ hơn.