Gli IGBT (transistor bipolari a gate isolato) vengono utilizzati nei moduli inverter di azionamenti a frequenza variabile (VFD) grazie alla loro capacità di gestire in modo efficiente tensioni e correnti elevate. Nei VFD, gli IGBT fungono da dispositivi di commutazione nello stadio inverter, dove convertono la tensione CC dal raddrizzatore in tensione CA con frequenza e ampiezza variabili. Ciò consente di controllare la velocità del motore in modo fluido ed efficiente. Gli IGBT sono preferiti rispetto ad altri dispositivi a semiconduttore come i MOSFET nei VFD perché possono gestire correnti e tensioni più elevate offrendo allo stesso tempo buone caratteristiche di commutazione e prestazioni termiche, cruciali per un funzionamento affidabile in applicazioni industriali e commerciali.
Il motivo principale per utilizzare gli IGBT nei VFD è la loro capacità di commutare efficacemente tensioni e correnti elevate mantenendo un funzionamento efficiente. Nei VFD, lo stadio inverter converte la tensione CC dal raddrizzatore in tensione CA di frequenza e ampiezza variabili, che controlla la velocità e la coppia dei motori CA. Gli IGBT eccellono in questo ruolo grazie alla bassa caduta di tensione nello stato attivo, alle elevate velocità di commutazione e alla robustezza contro condizioni di sovracorrente e sovratensione. Queste caratteristiche rendono gli IGBT adatti per applicazioni ad alta potenza in cui sono essenziali un controllo preciso e un’elevata efficienza.
Gli IGBT svolgono un ruolo cruciale nella fase inverter dei VFD agendo come i principali dispositivi di commutazione che controllano la generazione di tensione CA a frequenza variabile. Lo scopo degli IGBT nell’inverter è convertire la tensione CC fissa dallo stadio raddrizzatore in tensione CA a frequenza variabile che corrisponde ai requisiti di velocità e coppia desiderati del motore. Accendendosi e spegnendosi ad alte frequenze, gli IGBT regolano la tensione e la frequenza della forma d’onda di uscita, consentendo un controllo uniforme della velocità del motore e una regolazione precisa dei parametri di uscita come tensione e frequenza.
Gli IGBT possono guastarsi nei VFD per vari motivi, tra cui condizioni di sovracorrente, eccessivo accumulo di calore, picchi di tensione o difetti di fabbricazione. Gli eventi di sovracorrente, in cui la corrente attraverso l’IGBT supera la sua capacità nominale, possono portare a stress termico e al possibile guasto del dispositivo. Allo stesso modo, picchi o transitori di tensione possono causare la rottura dell’isolamento dell’IGBT o danni alle giunzioni dei semiconduttori. Le tecniche adeguate di raffreddamento e dissipazione del calore sono essenziali per prevenire l’instabilità termica e garantire un funzionamento affidabile degli IGBT nei VFD. Inoltre, il controllo di qualità durante la produzione e considerazioni di progettazione adeguate possono ridurre al minimo il rischio di guasti degli IGBT nelle applicazioni VFD.
Lo stadio inverter in un azionamento a frequenza variabile (VFD) ha lo scopo di convertire la potenza CC dal raddrizzatore in potenza CA con frequenza e tensione variabili. Questa fase è fondamentale per controllare la velocità e la coppia dei motori CA regolando la frequenza della forma d’onda di uscita CA. Utilizzando tecniche di modulazione della larghezza di impulso (PWM) controllate da IGBT o altri dispositivi a semiconduttore, lo stadio inverter genera tensioni di uscita CA uniformi e regolabili che soddisfano i requisiti operativi del motore. Questa funzionalità consente ai VFD di ottenere un controllo preciso della velocità, risparmi energetici e una migliore efficienza dei processi in applicazioni industriali e commerciali.