IGBTs (transistores bipolares de porta isolada) são usados em módulos inversores de inversores de frequência variável (VFDs) devido à sua capacidade de lidar com altas tensões e correntes com eficiência. Nos VFDs, os IGBTs servem como dispositivos de comutação no estágio do inversor, onde convertem a tensão CC do retificador em tensão CA com frequência e amplitude variáveis. Isso permite que a velocidade do motor seja controlada de maneira suave e eficiente. Os IGBTs são preferidos a outros dispositivos semicondutores, como MOSFETs em VFDs, porque podem lidar com correntes e tensões mais altas, ao mesmo tempo que oferecem boas características de comutação e desempenho térmico, cruciais para uma operação confiável em aplicações industriais e comerciais.
A principal razão para usar IGBTs em VFDs é sua capacidade de comutar altas tensões e correntes de maneira eficaz, mantendo uma operação eficiente. Nos VFDs, o estágio do inversor converte a tensão CC do retificador em tensão CA de frequência e amplitude variadas, que controla a velocidade e o torque dos motores CA. Os IGBTs se destacam nessa função devido à sua baixa queda de tensão no estado ligado, rápidas velocidades de comutação e robustez contra condições de sobrecorrente e sobretensão. Essas características tornam os IGBTs adequados para aplicações de alta potência onde controle preciso e alta eficiência são essenciais.
Os IGBTs desempenham um papel crucial no estágio inversor dos VFDs, atuando como os principais dispositivos de comutação que controlam a geração de tensão CA de frequência variável. O objetivo dos IGBTs no inversor é converter a tensão CC fixa do estágio retificador em tensão CA de frequência variável que corresponda aos requisitos de velocidade e torque desejados do motor. Ao ligar e desligar em altas frequências, os IGBTs regulam a tensão e a frequência da forma de onda de saída, permitindo um controle suave da velocidade do motor e um ajuste preciso dos parâmetros de saída, como tensão e frequência.
Os IGBTs podem falhar em VFDs por vários motivos, incluindo condições de sobrecorrente, acúmulo excessivo de calor, picos de tensão ou defeitos de fabricação. Eventos de sobrecorrente, onde a corrente através do IGBT excede sua capacidade nominal, podem levar a estresse térmico e eventual falha do dispositivo. Da mesma forma, picos de tensão ou transientes podem causar quebra do isolamento do IGBT ou danos às junções semicondutoras. Técnicas adequadas de resfriamento e dissipação de calor são essenciais para evitar fuga térmica e garantir a operação confiável de IGBTs em VFDs. Além disso, o controle de qualidade durante a fabricação e as considerações de projeto adequadas podem minimizar o risco de falhas de IGBT em aplicações VFD.
O estágio inversor em um inversor de frequência variável (VFD) serve para converter energia CC do retificador em energia CA com frequência e tensão variáveis. Este estágio é crucial para controlar a velocidade e o torque dos motores CA, ajustando a frequência da forma de onda de saída CA. Usando técnicas de modulação por largura de pulso (PWM) controladas por IGBTs ou outros dispositivos semicondutores, o estágio do inversor gera tensões de saída CA suaves e ajustáveis que atendem aos requisitos operacionais do motor. Esse recurso permite que os VFDs obtenham controle preciso de velocidade, economia de energia e maior eficiência de processo em aplicações industriais e comerciais.