逆变器效率的影响因素及解决方法

逆变器转换效率的重要性

提高逆变器的转换效率有很大的重要性，比如我们提高1%的转换效率，500KW的逆变器，平均每天算4小时，逆变器每天可以多发出将近20度电，那么一年可以多发出将近7300度电，十年即可多发出73000度电，就相当于一台5KW逆变器的发电量，这样客户可以节省一台5KW逆变器的电站，所以为了提高客户的最大利益，我们需要尽可能地提高逆变器的转换效率。

逆变器效率的影响因素

提高逆变器效率唯一的措施就是降低损耗，逆变器的主要损耗来自IGBT、MOSFET等功率开关管，以及变压器、电感等磁性器件，损耗和元器件的电流，电压以及选用的材料采取的工艺有关系。

IGBT的损耗主要导通损耗和开关损耗，其中导通损耗和器件内阻、经过的电流有关，开关损耗和器件的开关频率，器件承受的直流电压有关。

电感的损耗主要有铜损和铁损，铜损指电感线圈电阻所引起的损耗，当电流通过线圈电阻发热时，一部分电能就会转变为热能而损耗，由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成，因此称为铜损，铜损可以通过测量变压器短路阻抗来计算。铁损包括两个方面：一是磁滞损耗，另一是涡流损耗，铁损可以通过测量变压器空载电流来计算。

如何提升逆变器效率

目前有三种技术路线：一是采用空间矢量脉宽调制等控制方式，降低损耗，二是采用碳化硅材料的元器件，降低功率器件的内阻，三是采用三电平，五电平等多电平电气拓扑以及软开关技术，降低功率器件两端的电压，降低功率器件的开关频率。

1、电压空间矢量脉宽调制

是一种全数字控制方式，具有直流电压利用率高，易于控制的优点，被广泛应用在逆变器中。直流电压利用率高，可以在相同大小的输出电压下，采用更低的直流母线电压，从而降低了功率开关器件的电压应力，器件上的开关损耗更小，逆变器的变换效率得到了一定的提升。在空间矢量合成中，有多种矢量序列组合方法，通过不同的组合和排序，可以获得减小功率器件开关次数的效果，从而能够进一步减小逆变器功率器件的开关损耗。

2、采用碳化硅材料的元器件

碳化硅器件的单位面积的阻抗仅为硅器件的百分之一，利用碳化硅材料制作的IGBT等功率器件，其通态阻抗减为通常硅器件的十分之一，碳化硅技术可以有效减小二极管反向恢复电流，从而能降低功率器件上的开关损耗，主开关所需的电流容量也能相应减小，因此，将碳化硅二极管作为主开关的反并二极管，是改善逆变器效率的途径。与传统快恢复硅反并联二极管相比，采用碳化硅反并联二极管后，二极管反向恢复电流显著减小，并可以改善1％的总变换效率。采用快速IGBT后，由于开关速度加快，并能改善2％整机变换效率。当把SiC反并二极管与快速IGBT相结合后，逆变器的效率将进一步改善。

3、软开关与多电平技术

软开关技术利用谐振原理，使开关器件中的电流或者电压按正弦或者准正弦规律变化，当电流自然过零时，关断器件；当电压自然过零时，开通器件。从而减少了开关损耗，同时极大地解决了感性关断，容性开通等问题。当开关管两端的电压或流过开关管的电流为零时才导通或者关断，这样开关管不会存在开关损耗。三电平逆变器拓扑主要应用在于高压大功率场合。与传统两电平结构相比，三电平逆变器输出增加了零电平，功率器件的电压应力减半。因为这个优点，在相同的开关频率下，三电平逆变器可以比两电平结构采用更小的输出滤波电感，电感损耗、成本和体积都能有效减小；而在相同的输出谐波含量下，三电平逆变器可以比两电平结构采用更低的开关频率，器件开关损耗更小，逆变器的变换效率得到提高。

　　审核编辑：汤梓红