VRRM _ Re c 2 VDC _ max K OV VN 3
整流器的电流
流过每个整流二极管的平均电流为
I AV _ Re c I AV _ Ldc 3
流过每个整流二极管的有效值电流为
I RMS _ Re c I RMS _ Ldc 3
变频器的输入电流为
I RMS _ Re c 2 I RMS _ Ldc 3
L2
-
B
C1
直流电感取值不当的坏处
过大 过小 母线电容的纹波电流 带恒功率负载时，容 过大，产生较大损耗， 易出现振荡 缩短电容寿命 电抗器压降过大，直 流母线电压偏低
功率因数降低
较高的THD
直流电抗器与系统稳定性
带恒功率负载时，等效电路传递函数 的特征方程为
R P 1 O _ DC DC s s 2 LDC C V LDC C DC DC DC
0 T
二极管的开通损耗比关断损耗小很多， 因此，主要关注二极管关断引起的反向恢 复损耗。
Psw _ Diode 1 T
E
i 1
f swT
rec
(t i )
二极管的损耗
二极管的反向恢复损耗与直流电压以 及门极开通电阻有关。
Erec VDC Erec ( Rgon ) Erec _ Test VTest Erec ( Rgon _ Test )
直流电抗器选型
直流电抗器选型
直流电抗器的感值过大或过小，都会 导致不好的后果。
L1
k k k
T1
g a
T2
g a
T3
g a
A
+
Controlled Current Source
s
C
-P Load D1 D2 D3
+ v -
Three-Phase Source
Divide
Voltage Measurement
L Lr 2
T0 T 10
K
T0 T 10
直流电抗器与功率因数
变频器输入功率为
Pin PO PLoss _ FC
视在功率为
Sin 3VN I in
输入功率因数为
Pin cos S in
整流器选型
整流器选型
整流器的型号可根据拓扑结构以及电 压、电流确定。
当变频器的输出对地短路时，可能导 致母线电压升高。
0.014
0.016
0.018
0.02
直流母线电容选型
t0～t1时， VC
I load
2VN cost
PO _ DC VC PO _ DC 2VN cost
I C CDC
dVC 2C DC VN sin t dt
t=t1时，
I C I load
arcsin t1 PO _ DC
直流母线电容选型
可先忽略直流电抗器，并将直流母线 之后的电路简化为恒功率负载来考虑。
k k
T1
g a
T2
g a
T3
g a
k
A
+
Controlled Current Source
s
C
-P Load D1 D2 D3
+ v -
Three-Phase Source
Divide
Voltage Measurement
Kf KB
整流器损耗计算
二极管模型
二极 管可近似 等效为一 个直流电 压源与一 个电阻串 联的模型。
整流器的损耗
由于采用工频整流，因此开关损耗相 对导通损耗而言很小，主要考虑导通损耗。
2 Ploss _ arm VTO I AV _ Re c I RMS _ Re c r T
2
直流电抗器损耗计算
直流电抗器的损耗
直流电抗 器的损耗分布 较为复杂，在 进行损耗预估 时，可以先只 考虑铜耗和铁 耗两部分。
直流电抗器的损耗
铜耗由线圈上的等效电阻引起。
2 PCu I RMS ESRL
铁耗与磁心的材料、形状、重量以及 纹波电流的频率、大小有关。
f BAC PFe PCL f B test test
进行制动时，逆变桥实际成为整流桥， 再加上母线电压升高，此时二极管的损耗 急剧上升。
直流母线电容损耗计算
直流母线电容的损耗
直流母线电容的损耗分为两部分，一 部分由ESR引起，另一部分由漏电流引起。 由于漏电流通常很小，所以主要考虑ESR 引起的损耗。
PCdc EI r2_ Cdc ESRCdc I r _ Cdc K FC ESRCdc
Q10 D7 D8 D9 L2
Q4 D4
Q5 D5
Q6 D6
变器的电压
根据逆变器的输入直流电压来确定 IGBT电压等级。对于通用变频器来说， 也可根据电网电压直接进行选取。
电网电压 等级 IGBT电压 等级 230V 600V 480V 1200V 575V 1700V
逆变器的电流
根据实际应用的最大峰值电流初步确 定IGBT的额定电流。例如，对于110KW 的变频器来说，可考虑重载应用150%过 载的情况。
C DC VN2 2
直流母线电容选型
t1～t2时， VC
t2～t3时，
( 2V N cost1 )
2
2 PO _ DC (t t1 ) C DC
VC 2V N cos( t

3
)
若已知Vc(t2)，则可计算出t2，进而推 算出CDC。然而，采用解析法求解较为困 难。若在已知CDC的条件下推算Vc(t2)，则 容易得多。因此，可采用二分法求解CDC。
IGBT的 导通压降与开 关损耗皆受其 结温影响，并 且在大部分的 应用范围内都 具有正温度系 数的特性。
IGBT的结温与损耗
正温度系 数使得IGBT 易于并联应用， 但同时也令其 自身构成一种 正反馈特性。
二极管的损耗
二极管的损耗计算方法与IGBT类似。
Pcon _ Diode VF (t ) I F (t ) DD (t )dt
整流器的电流
考虑过载情况，计算相关的电流数 据，并留出一定裕量。
I AV _ D 1.5I AV _ Re c _ ovd
I RMS _ D 1.5I RMS _ Re c _ ovd
功率器件损耗计算
1.IPOSIM简介 2.逆变器 3.直流母线电容 4.直流电抗器 5.整流器
IPOSIM简介
IGBT的导通损耗与导通压降、电流 以及占空比有关。
Pcon _ IGBT VCE (t ) I C (t ) DQ (t )dt
0 T
IGBT的开关损耗
IGBT的开关损耗由开通损耗和关断 损耗组成。
[E (t ) E (t )] 开关损耗与直流电压以及门极驱动电 阻有关。
Psw _ IGBT
变频器功率器件选 型与损耗计算
功率器件选型
1.逆变器 2.直流母线电容 3.直流电抗器 4.整流器
逆变器选型
逆变器选型
IGBT适用于中小功率应用场合，其 初步选型可根据拓扑结构以及电压、电流 确定。
L1 Q1 Q7 Q8 Q9 R1 D10 D1 Q2 D2 Q3 D3
R S T
C1
U V W
i 1 on i off i
1 T
f swT
VDC Eon ( Rgon ) Eon Eon _ Test VTest Eon ( Rgon _ Test )
Eoff VDC Eoff ( Rgoff ) Eoff _ Test VTest Eoff ( Rgoff _ Test )
IGBT的结温与损耗
I C _ Min 2Kovd I N 2 150% 170 360.6 A
思考：为什么不考虑200%过载的情况？
逆变器选型
功率 器件的选 型是否合 适最终由 温升情况 决定。
直流母线电容选型
直流母线电容选型
电容选型需要考虑的参数主要有：寿 命、温度、电压、容值、纹波电流。 直流母线电容的额定电压可根据直流 母线的工作电压来确定，例如，480V级 的变频器可选2个450V的电容串联。
-
B
C1
直流母线电容选型
Rectified voltage and DC-link voltage 540 530 520 510 500 490 480 470 460 0 t0 Vrec Vdc
Vrec & Vdc/V
t1
0.002 t2
0.004 t3
0.006
0.008
0.01 t/s
0.012
2
0
因此，有
LDC R DC C DC VDC PO _ DC
2
直流电抗器的电压降
根据经验，直流电抗器取值不应超过 同样变频器输入交流电抗器3%阻抗电感 量的3倍。
LDC 3 3%VN 3 2f N I N
直流电抗器与电容寿命
通过仿真，得到流过母线电容的纹波 电流，以及流过直流电抗器的平均电流， 有效值电流等电流数据。 根据电容厂家提供的寿命估算方法估 算母线电容的寿命。
Topology
Inputs
Device Selection
Application Data
Results
Results
Results
逆变器损耗计算
IGBT的导通损耗
IGBT的损耗主要由导通损耗与开关 损耗组成。
Pcon _ IGBT 1 T

T
0
VCE (t ) I C (t ) Q (t )dt