目前變頻器應(yīng)用中常用的幾種模塊，如IGCT、IEGT、GTO、IGBT。通過計算分析比較，得出IGBT是目前性價比較好的器件。

　　1、概述

　　由于我國元器件工業(yè)落后，還不能生產(chǎn)高壓IGBT，西方國家仍對中國實行技術(shù)封鎖。比如6500V IGBT仍不向中國出口，且不論其價格不菲。在直接串聯(lián)技術(shù)選用什么樣的功率開關(guān)器件對決定變頻器的性價比至關(guān)重要。

　　目前可選的器件有好幾種，如IGCT、IEGT、GTO、IGBT，而IGBT則又分為1700V，3300V，6500V。而各器件廠家都宣稱自己的器件最好。到底選哪一種器件，其性價比較好，讓我們進行一些具體比較，比較的依據(jù)為各廠家產(chǎn)品樣本所列的技術(shù)參數(shù)。

　　2、幾種常用的功率器件

　　變頻器向前發(fā)展，一直是隨著電力電子器件的發(fā)展而發(fā)展。只要電力電子器件有了新的飛躍，變頻器就一定有個新飛躍，必定有新的變頻器出現(xiàn)。在20世紀50年代出現(xiàn)了硅晶閘管(SCR);60年代出現(xiàn)可關(guān)斷晶閘管(GTO晶閘管);70年代出現(xiàn)了高功率晶體管(GTR)和功率場效應(yīng)管(MOSFET);80年代相繼出現(xiàn)了絕緣柵雙極功率晶體管(IGBT)以及門控晶閘管(IGCT)和電力加強注入型絕緣柵極晶體管(IEGT)，90年代出現(xiàn)智能功率模塊(IPM)。由于這些元器件的出現(xiàn)，相應(yīng)出現(xiàn)了以這些逆變器件為主的變頻器，反過來，變頻器要求逆變器件有個理想的靜態(tài)特性：在阻斷狀態(tài)時，能承受高電壓;在導通狀態(tài)時，能大電流通過和低的導通壓降，損耗小，發(fā)熱量小;在開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，具有短的開、關(guān)時間，即開關(guān)頻率高，而且能承受高的du/dt;全控功能，壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小等特點，當然還要求成本低。上述這些電力電子器件有些是滿足部分要求，有些是逐步向這個方向發(fā)展，達到完善的要求，特別是中(高)壓變頻器更需要耐壓高的元器件。

　　3、模塊選擇分析

　　3.1 相關(guān)定義及公式

　　我們以設(shè)計一臺中壓變頻器為例，直流工作電壓為3600V，。設(shè)電機功率因數(shù)為0.8，載波頻率為3kHz，輸出頻率為50Hz，采用下列公式分別用不同功率開關(guān)器件構(gòu)成變頻器的一個開關(guān)組件的指標進行估算。以400A的峰值電流Icp計算，采用下列估算公式：

　　1、穩(wěn)定功耗

　　2、開關(guān)功耗

　　3、總功耗

　　3.2 IGBT模塊計算分析

　　首先以1700V、3300V、6500V的IGBT進行比較。為使中壓變頻器達到3600V的工作電壓，需用4只1 700V的管子串聯(lián)，或者需2只3300V的管子串聯(lián)，6500V的管子不串聯(lián)。

　　(1)用4只1700V管子串聯(lián)，型號為FZ400R17E3，其相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

　　Uce(sat)=2.4V Esw(on) =150mJ Esw(off)=125mJ

　　Pss=0.1425Î400Î2.4Î4=547.2W

　　Psw=955.4Î(Esw(on)+Esw(off)Î4=955.4Î(0.15+0.125)Î4=1050W

　　則P c1=Pss+Psw=547.2+1050=1597W

　　(2)用2只3300V IGBT串聯(lián)，型號為FF400R33KF2，其相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

　　Uce(sat)=2.8V Esw(on)=960Mj Esw(off )=510mJ

　　則Psw=955.4Î(Esw(on)+Esw(off))Î2 =955.4Î(0.91+0.51)Î2=2808W

　　Pss=0.1425Î400Î2.8Î2=319W

　　Pc2=Pss+Psw=319+2808=3127W

　　(3)用1只6500V的IGBT，型號為FZ400R65KF1，其相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

　　Uce(sat)=3.9V Esw(on)=4J Esw(off )=2.3J

　　Pss=0.1425Î400Î3.9=222W

　　Psw=955.4Î(4+2.3)=6019W

　　Pc3=Pss+Psw=222+6019=6241W

　　3.3 IEGT模塊計算分析

　　將IEGT與1700V IGBT進行比較，其他條件不變。IEGT我們選擇ST750GXH21型號，其相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

　　Icp=750A Uce=4.5V Ucc=2400V

　　Esw(on)=2.5J Esw(off )=3J

　　Pss=0.1425ÎIcpÎUce(sat)=0.1425Î750Î4.5=481W

　　Psw=955.4Î(Esw(on)+ Esw(off))=955.4Î(2.5+3)=5255W

　　P c4=Pss+Psw=481+5255=5736W

　　因其工作電壓Ucc=2700V，則用3只FZ400R17E3串聯(lián)后兩串再并聯(lián)。

　　計算后功耗為：Pc5=2396W

　　4 結(jié)論

　　IGCT的情況比6500V IGBT或IEGT效果更差，這里不再對IGCT進行比較。

　　現(xiàn)在將上述計算結(jié)果進行對比，在完成完全相同的任務(wù)時，以1700V的IGBT器件為基準，不同電壓等級的器件消耗的功率之比率如下：

　　1700V IGBT

　　Pc1/Pc1=1597÷1597=1

　　3300V IGBT

　　Pc2/Pc1=3127÷1597=2

　　6500V IGBT

　　Pc3/Pc1=6241÷1597=3.9

　　4500V IEGT

　　Pc4/Pc5=5736÷2396=2.39

　　從上述計算中，可以看出，6KV、10KV高壓變頻器用1700V的IGBT串聯(lián)，有特別明顯的優(yōu)勢：

　　1、在相同的損耗下，低壓IGBT可以獲得更高的開關(guān)頻率，從而獲得更好的輸出電壓波形。反之，其他器件開關(guān)損耗大了，散熱成了大問題，解決辦法只有降低開關(guān)頻率，這必然帶來波形變差，性能下降。

　　2、1700V IGBT逆變元件，2000年至今已經(jīng)在中國鋼鐵、電力、石油石化、煤礦、水泥建材等行業(yè)大量使用，運行調(diào)試經(jīng)驗豐富，生產(chǎn)技術(shù)成熟，質(zhì)量可靠，貨源充分。

　　3、隨著市場成熟，價格對比更是巨大。