Exchanging it up - IGBTs

An Insulated Gate BipolarTransistor (IGBT) is a key part of what makes up a VFD (Variable Frequency Drive). In the event that you separate a VFD, one simple approach to break down it is to consider it in three principle parts: the scaffold converter, DC join, and what we will discuss today, the inverter. An IGBT is the inverter component in a VFD, beating voltage quicker than we can even squint.

IGBTs have made some amazing progress since they were initially created in the 1980's. The IGBTs of today are considerably more progressed than their antecedents, which were moderate at exchanging current on and off and frequently had issues overheating when passing a high present. With each new era, IGBTs have kept on making strides. No more tormented by moderate rates, IGBTs have turned out to be exceptionally solid gadgets that can deal with high voltage gadgets and can switch in under a nanosecond (that is a billionth of a second)!

IGBTs are the "Watchmen" of Current

To comprehend an IGBT's part in a VFD, it is imperative to recognize how an IGBT takes a shot at a littler scale. As characterized by being a transistor, an IGBT is a semiconductor with three terminals which function as a switch for moving electrical current. Generally as "entryway" proposes, when the voltage is connected to the door, it opens or "turns on" and makes a way for current to stream between the layers. On the off chance that no voltage is connected to the door, or if the voltage is not sufficiently high, the entryway stays shut and there will be no stream of power. Along these lines, an IGBT acts like a switch; on when the entryway is open and streaming present and off when it is shut.

In this way, the IGBT acts as the switch used to create Pulse-Width Modulation (PWM). An IGBT will switch the current on and off so rapidly that less voltage will be channeled to the motor, helping to create the PWM wave. For example, although the input voltage may, in reality, be 650V, the motor perceives it as more like 480V by using PWM (shown in diagrams below). This PWM wave is key to a VFDs operation because it is the variable voltage and frequency created by the PWM wave that will allow a VFD to control the speed of the motor. Therefore, without the IGBT switching the current on and off so rapidly a PWM wave—and the speed control that comes with it— could not be created.

The number of pulses per second from the IGBTs is known as a carrier frequency. Since carrier frequency is an adjustable parameter on most VFDs, you can essentially set it as high or as low as you want. Although, adjusting the carrier frequency comes with a few tradeoffs. Setting the carrier frequency too high will reduce the acoustic noise level produced from the VFD, but it will also shorten the expected VFD life due to heat. A higher carrier frequency will also contribute to an increase in motor heating and affect the overall efficiency of the motor. On the other hand, if you are in a sound sensitive environment – or if you just don’t want a headache – setting the carrier frequency too low can create a lot of motor noise or whining from the VFD. We have found that setting your carrier frequency at about 2 Kilohertz will achieve a nice balance between the audible acoustics while still keeping your VFD running efficiently.

In a typical six pulse drive, there is six IGBTs pulsing voltage up to 15,000 times per second. Since their introduction in the 1980’s, IGBTs have literally switched up the market and now play a large role in many modern day power electronics applications where speed and process control are needed. It is clear that IGBTs play a large role in many power electronic applications and will continue to as they become more and more advanced in their technology. Hopefully taking this in-depth look at the small part an IGBT plays has helped you to understand the overall functionality of a VFD as well. Check out our other featured articles for everything you need to know about VFDs and motors at www.vfds.com/blog, or click on the banner below to find the VFD you are looking for out of our 2,000+ inventory!

IGBT En El Sector De Generación De Energía De Combustibles Fósiles

En el legado de las tecnologías de generación de energía existentes, las plantas  centrales de turbinas eléctricas por medio de gas han ido en aumento, debido al descubrimiento de grandes cantidades de gas natural en los Estados Unidos y Australia. Un generador de imanes permanentes es accionado directamente desde una turbina de gas sin una caja de cambios para una mayor fiabilidad. La tensión en los bornes del generador se encuentra en un voltaje nominal de 600 Hz que debe ser rectificado y luego se convierte a una fuente de AC 50 o 60 Hz bien regulada para su transmisión a los puntos de uso. Los interruptores de alimentación IGBT están siendo utilizados para esta aplicación debido a la disponibilidad de alta tensión y los módulos de alta corriente de muchos fabricantes. Una central eléctrica de gas de 1,6 Giga vatios puede diseñarse usando 6 fuentes de tensión de tres fases de 300 kVA modular IGBT  y se apila con 6 IGBT en una configuración típica de puente. El diseño permite un control total de la corriente de CA y de factor de potencia en el lado de la red. Las pilas IGBT están en paralelo para satisfacer las necesidades de potencia de 1,6 Giga-Watt. La disponibilidad de los módulos de potencia IGBT inteligentes con controladores de entrada y circuitos de protección ha acelerado la adopción de este tipo de tecnología.

IGBT con Desfibriladores Portatiles

Una de cada cuatro muertes en el avanzado mundo ocurre por paro cardíaco. Ochenta y cinco por ciento de muertes repentinas de paro cardiaco ocurren por la fibrilación ventricular. Sin la sincronización de los músculos del corazón, la sangre fluye por el cuerpo es interrumpida  llegando a oxígeno de los órganos que están hambrientos.  La victima casi seguro morirá en los próximos 10 minutos al menos que ayuda será dada. Un desfibrilador aplica aquellos  de energía eléctrica al musculo del corazón la cual despolariza  una masa crítica del musculo del corazón, termina la arritmia, y permite ritmo normal del corazón para ser restablecido. Es esencial que el desfibrilador sea localizado cerca de la víctima y sea fácilmente operado  para poder salvar la vida respuesta en 10 minutos.

Los desfibriladores externos automáticos (AED) está siendo ampliamente desplegado en partes tales como las empresas y las oficinas del gobiernos , centros comerciales, aviones, aeropuertos, restaurantes, hoteles, estadios, escuelas y universidades con una alta densidad de población adulta mayor,  El desfibrilador externo automático está diseñado  para proveer comandos de voz  para la pronta administración  del salvavidas eléctrico para la víctima.  De acuerdo con USA Today, casi 450,000 personas mueren cada año en los Estados Unidos  de repentino paros cardiacos. Junto con estas víctimas, La Asociación  Americana de Medicina  (AMA) estimula que más de 100,000 vidas  pueden ser salvadas por la disponibilidad de modernos AEDs habilitado  por IGBTs. Muchas compañías han hecho IGBT personalizado para los desfibriladores implantables en el mercado.

IGBT con Fotocopias e Impresoras

El sistema de fijación para el tóner de las maquinas fotocopiadoras, impresoras láser, máquinas de fax, los registradores de datos y scanner necesitan transferir tóner desde el tambor de enrollamiento hasta el papel de impresión con  calor y presión, calefacción radiante con lámparas de halógeno fueron usados para este proceso en el pasado.  Sin embargo, casi 90 por ciento de la energía de impresión es consumida en esta operación. Esta eficacia puede mejorar  al usar el calentamiento por inducción, enfoque que lleva a la reducción del tamaño de los dispositivos de impresión.

La bobina de calentamiento por inducción es instalada concéntricamente la fijación del rodillo. La alta frecuencia inversor requerido de alimentar la energía inductiva a la bobina de inducción es construida usando IGBTs, La actual alta frecuencia  de más de 94 por ciento de la serie resonante ZCS-PDM alta frecuencia inversor para rodillo IH en máquinas fotocopiadoras e impresoras han estado en observación para toda la potencia de salida  de AC rangos de regulación de 50 a 1200 W.

IGBT CON ASPIRADORAS PARA LIMPIEZA

Una aspiradora es un aparato que utiliza una bomba de aire para crear un vacío parcial para aspirar el polvo y la suciedad de los pisos y otras superficies. La suciedad es recogida por una bolsa para polvo desechable. Hubert Cecil Booth inventó la aspiradora motorizada en 1901.

Desde entonces su uso se ha proliferado y las aspiradoras ahora se utilizan comúnmente en los hogares con mayor frecuencia  para mantener un entorno  de vida saludable. Algunos fabricantes de aspiradoras son: Eureca, Hoover, Bissell y Dyson. En el pasado, los motores universales eran en su mayoría utilizados para aspiradoras debido a su alta velocidad de funcionamiento con un bajo coste. Sin embargo, estos motores utilizan un cepillo mecánico que en altas velocidades  limitan su rendimiento.

Las aspiradoras modernas con mayor potencia de salida (succión) están diseñadas con motores de reluctancia conmutada. Los circuitos de potencia utilizados para el funcionamiento del motor de reluctancia conmutada  utilizan IGBT para superar el difícil problema de arranque para mantener una alta velocidad de funcionamiento.

Estado del autor: " Su vida útil se prolonga 4 veces más que la del motor convencional y su potencia de aspiración se incrementa un 20 % en el mismo volumen del motor universal convencional”.

SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE PODER CON IGBT

En un sistema típico de transmisión de potencia HVDC, la potencia se transmite a muy altos voltajes  (por encima de 100 kv) con el fin de reducir la corriente en los cables. Las grandes corrientes en cables requieren más cobre, por  lo cual incrementa el costo y peso del mismo.

Debido a que los dispositivos semiconductores de potencia son incapaces de resistir tal alto voltaje, es necesario conectar muchos dispositivos en series para satisfacer los requisitos del sistema. Además, para los niveles de potencia más altos, muchos dispositivos deben ser conectados en forma paralela. Las series y las combinaciones  en paralelo de los dispositivos de potencia comprenden de  una válvula de HVDC. La configuración más común para las líneas de transmisión HVDC generalmente modernas son bipolares debido a que proporciona dos circuitos de corriente continua independientes cada uno capaz de funcionar a la  mitad de su capacidad. Dos convertidores topológicos básicos se utilizan en los sistemas de transmisión HVDC moderna: línea conmutada por la red, convertidores convencionales de  fuente de corriente (CSC) basan sobre tiristores, válvulas y convertidores de tensión de fuentes de conmutación forzada (VSC) basados ​​sobre IGBT-válvulas.

Cada válvula se compone de un gran número de serie conectado de tiristores o IGBTs para mantener el voltaje de CC deseada. En el caso de convertidores de fuente de corriente con válvulas de tiristores, se utiliza  una configuración de puente de Graetz, permitiendo seis conmutaciones u operaciones de conmutación por período. Los más utilizados son los convertidores de fuente de tensión de conmutación forzada (IGBT) , ya que permiten un rápido control independiente tanto de la potencia activa y reactiva. La potencia reactiva también se puede controlar en cada extremo de la línea de transmisión que proporciona una total flexibilidad en el diseño de redes.

Los convertidores de fuente de tensión de conmutación forzada se pueden construir utilizando IGBTs sin los amortiguadores necesarios para GTO.
La velocidad de aumento de la corriente en el IGBT se puede controlar mediante la adaptación de la forma de onda de voltaje de entrada o puerta, sin componentes auxiliares.  Esto permite el control de la recuperación inversa del rectificador anti- paralelos sin los amortiguadores. Los componentes pasivos reducidos en los convertidores VSC basados ​​en IGBT reducen el costo del sistema.

1700V IGBT Testing Operation - FZ2400R17KF6C_B2 IGBT Model in Power Electronics and CAVs

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Aside from CAVs, this IGBT transistor module also works best with other applications like motor drives, railway tractions and standardized housing.

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