IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) werden aufgrund ihrer Fähigkeit, hohe Spannungen und Ströme effizient zu verarbeiten, in Wechselrichtermodulen von Frequenzumrichtern (VFDs) eingesetzt. In VFDs dienen IGBTs als Schaltgeräte in der Wechselrichterstufe, wo sie die Gleichspannung vom Gleichrichter in Wechselspannung mit variabler Frequenz und Amplitude umwandeln. Dadurch kann die Motorgeschwindigkeit stufenlos und effizient gesteuert werden. IGBTs werden gegenüber anderen Halbleiterbauelementen wie MOSFETs in VFDs bevorzugt, da sie höhere Ströme und Spannungen bewältigen können und gleichzeitig gute Schalteigenschaften und thermische Leistung bieten, was für einen zuverlässigen Betrieb in industriellen und kommerziellen Anwendungen entscheidend ist.
Der Hauptgrund für den Einsatz von IGBTs in VFDs ist ihre Fähigkeit, hohe Spannungen und Ströme effektiv zu schalten und gleichzeitig einen effizienten Betrieb aufrechtzuerhalten. Bei VFDs wandelt die Wechselrichterstufe die Gleichspannung vom Gleichrichter in Wechselspannung unterschiedlicher Frequenz und Amplitude um, die die Drehzahl und das Drehmoment von Wechselstrommotoren steuert. IGBTs zeichnen sich in dieser Rolle durch ihren geringen Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand, ihre schnellen Schaltgeschwindigkeiten und ihre Robustheit gegenüber Überstrom- und Überspannungsbedingungen aus. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich IGBTs für Hochleistungsanwendungen, bei denen eine präzise Steuerung und ein hoher Wirkungsgrad unerlässlich sind.
IGBTs spielen eine entscheidende Rolle in der Wechselrichterstufe von VFDs, indem sie als Hauptschaltgeräte fungieren, die die Erzeugung von Wechselspannung mit variabler Frequenz steuern. Der Zweck von IGBTs im Wechselrichter besteht darin, die feste Gleichspannung von der Gleichrichterstufe in Wechselspannung mit variabler Frequenz umzuwandeln, die den gewünschten Drehzahl- und Drehmomentanforderungen des Motors entspricht. Durch das Ein- und Ausschalten bei hohen Frequenzen regulieren IGBTs die Spannung und Frequenz der Ausgangswellenform und ermöglichen so eine reibungslose Steuerung der Motorgeschwindigkeit und eine präzise Anpassung von Ausgangsparametern wie Spannung und Frequenz.
IGBTs können in VFDs aus verschiedenen Gründen ausfallen, darunter Überstromzustände, übermäßige Wärmeentwicklung, Spannungsspitzen oder Herstellungsfehler. Überstromereignisse, bei denen der Strom durch den IGBT seine Nennkapazität überschreitet, können zu thermischer Belastung und schließlich zum Ausfall des Geräts führen. Ebenso können Spannungsspitzen oder Transienten zum Durchbruch der IGBT-Isolierung oder zu Schäden an den Halbleiterübergängen führen. Um ein thermisches Durchgehen zu verhindern und einen zuverlässigen Betrieb von IGBTs in VFDs sicherzustellen, sind geeignete Kühl- und Wärmeableitungstechniken unerlässlich. Darüber hinaus können Qualitätskontrolle während der Herstellung und geeignete Designüberlegungen das Risiko von IGBT-Ausfällen in VFD-Anwendungen minimieren.
Die Wechselrichterstufe in einem Frequenzumrichter (VFD) dient der Umwandlung von Gleichstrom vom Gleichrichter in Wechselstrom mit variabler Frequenz und Spannung. Diese Stufe ist entscheidend für die Steuerung der Drehzahl und des Drehmoments von Wechselstrommotoren durch Anpassen der Frequenz der Wechselstrom-Ausgangswellenform. Durch den Einsatz von Pulsweitenmodulationstechniken (PWM), die von IGBTs oder anderen Halbleiterbauelementen gesteuert werden, erzeugt die Wechselrichterstufe gleichmäßige und einstellbare AC-Ausgangsspannungen, die den Betriebsanforderungen des Motors entsprechen. Diese Fähigkeit ermöglicht VFDs eine präzise Drehzahlregelung, Energieeinsparungen und eine verbesserte Prozesseffizienz in industriellen und kommerziellen Anwendungen.