如何在电机应用中区分使用功率器件-Ameya360 electronic components purchasing network

如何在电机应用中区分使用功率器件

Release time：2023-05-10

author：AMEYA360

source：网络

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　　每种功率元器件都有其各自的特点，通常需要根据目标应用和所需特性和性能等来区分使用。本文AMEYA360将谈一下如何在电机应用中正确地区分使用IGBT、Si MOSFET和SiC MOSFET。

　　在电机应用中区分使用功率器件

　　下图与“IGBT的适用范围”一文中使用的图相同，图中根据不同功率器件的特点列出了不同工作频率和输出容量（VA）下的适用范围。对IGBT、Si MOSFET和SiC MOSFET的分立器件覆盖的面积进行比较后，可以汇总如下。当然，由于每种功率元器件都是多样化的，所以这里是基于通常的概括性特点进行汇总的。

如何在电机应用中区分使用功率器件

　　在IGBT与Si MOSFET的比较中，IGBT覆盖输出容量大的低频区域，Si MOSFET覆盖输出容量小的高频区域。

　　在IGBT与SiC MOSFET的比较中，SiC MOSFET覆盖输出容量大的高频区域。

　　Si MOSFET与SiC MOSFET覆盖的频率范围相同，但Si MOSFET覆盖低输出容量区域，而SiC MOSFET则覆盖高输出容量区域。

如何在电机应用中区分使用功率器件

　　更具体地列出了这些特点，并给出了在电机应用中区分使用它们时的要点。从正确区分使用的角度来看，不同条件下的损耗差异是非常重要的。损耗分导通损耗和开关损耗来考虑。下图中的IGBT、SiC MOSFET、Si MOSFET都是分立器件，“+SBD”和“+FRD”表示外置对应的分立二极管。

　　在导通损耗方面，如果流过的电流约在5A以下的范围，Si MOSFET优于IGBT，但在5A以上时IGBT表现更出色。该电流区域未被SiC MOSFET覆盖，因此通常考虑采用IGBT或Si MOSFET。Si MOSFET在以小电流运行的系统中占优势，比如家用空调的室外机等在轻负载时正常稳定运行占比多的应用。这也与上述①中的IGBT和Si MOSFET的覆盖范围比较结果一致。

　　关于开关损耗，随着PWM频率（开关频率）变快，在IGBT＋FRD（快速恢复二极管）和SiC MOSFET＋SBD（肖特基势垒二极管）之间的比较中，SiC MOSFET＋SBD更具优势，与上述②中的比较结果一致。这是由于受IGBT+FRD的特点——导通时的反向恢复电流和关断时的尾电流的影响。SiC MOSFET＋SBD因其不会流过尾电流而使开关损耗得以显著改善。

　　但是，对于电机应用而言，普通的电机多在20kHz以下的较低频率下使用，加上SiC MOSFET在成本方面不占优势，所以目前SiC MOSFET多在特殊应用中使用。在当今的电机应用中，考虑到性能、损耗和成本之间的平衡，IGBT是主流。

　　综上所述，我们探讨了每种功率器件的特点以及包括成本在内的考量，最终需要根据应用的需求选择合适的产品。在包括逆变器在内的电机驱动应用中，除了上述的“IGBT分立器件+FRD”示例外，被广泛使用的还有面向电机应用的FRD内置型IGBT分立器件和IGBT IPM（智能功率模块）。

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电机绕组匝间短路的原因及短路处理方法

　　电机绕组是电动机中的重要部件，由绕组线圈构成，用于产生磁场和实现电磁转换。然而，在电机运行过程中，可能会出现绕组匝间短路问题，这会导致电机性能下降、故障频发甚至损坏绕组。本文将探讨电机绕组匝间短路的原因以及相应的短路处理方法。　　1. 短路的原因　　1.1 绕组受力过大：电机运行时，绕组处于不断变化的电磁力和热力作用下，如果绕组设计不合理或电机负载过大，可能导致绕组受力过大，引起绕组线圈间的局部短路。　　1.2 环境因素：电机工作环境恶劣、温度过高或潮湿等因素会加速绝缘老化，使绕组绝缘层逐渐腐蚀、龟裂，从而导致绕组匝间短路的产生。　　1.3 设计和制造缺陷：在电机设计制造过程中，如绕组结构设计不良、工艺不规范、材料质量低劣等问题，都可能造成绕组匝间短路的隐患。　　2. 潜在风险　　2.1 降低绝缘性能：绕组匝间短路会直接影响绝缘层的完整性，导致绝缘性能下降，增加电路相间、相地之间的漏电流风险，存在安全隐患。　　2.2 减少电机效率：短路引起的绕组局部热量集中，会影响电机整体散热效果，降低电机的运行效率，增加功耗并缩短电机寿命。　　3. 检测与诊断　　3.1 绝缘电阻测试：通过测量电机绕组的绝缘电阻值，可以初步判断是否存在匝间短路问题，若发现绝缘电阻急剧下降，可能表明存在短路隐患。　　3.2 谐波分析：利用谐波分析仪器，对电机运行时的电压和电流进行检测分析，观察是否存在异常谐波成分，判断绕组匝间短路情况。　　4. 处理方法　　4.1 局部修复：针对绕组匝间短路的局部问题，可以采取局部修复措施，如重新绝缘、修补绕组等方式来解决短路隐患。　　4.2 整体更换：如果绕组匝间短路严重影响电机性能，甚至无法修复，就需要考虑整体更换绕组，确保电机正常运行。　　5. 预防措施　　5.1 定期维护：定期检查绕组的绝缘状态和电机工作参数，及时发现并处理问题，减少短路风险，延长电机使用寿命。　　5.2 提高绕组设计质量：在电机设计阶段，应充分考虑绕组结构、材料选择和工艺要求，确保绕组设计合理、可靠，从源头上减少匝间短路的发生可能。　　5.3 控制运行环境：保持电机运行环境干燥通风，控制温度适宜范围，避免潮湿、过热等情况，有利于延缓绕组绝缘老化进程，减少匝间短路风险。　　电机绕组匝间短路是电机运行中常见的故障之一，可能由多种原因引起，会带来严重的安全隐患和电机性能损失。针对不同的短路原因和程度，可以采取相应的检测、诊断和处理方法，以及预防措施来降低匝间短路发生的可能性。通过加强维护保养、提高设计质量和控制运行环境等手段，可以有效预防和减少电机绕组匝间短路问题，确保电机正常、稳定地运行，提高设备可靠性和使用寿命。

2025-11-05 10:13 reading：172

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