Uçak uygulamalarında yer güç üniteleri için üç fazlı inverterde SiCIGBT'nin Si-IGBT anahtarları ile güç performansının karşılaştırılması

Bir uçağın yer elektrik santralini elektrik şebekesine entegre etmek için kullanılan dönüştürücüler genellikle silikon (Si) tabanlı yarı iletken teknolojileriyle oluşturulur. Si anahtarı tabanlı dönüştürücüler verimsizdir, büyüktür ve saf sinüs dalgası voltaj gereksinimlerine ulaşmakta güçlük çekerler. Düzlem yer elektrik santrallerinin verimliliği, Si anahtarlarının fiziksel kısıtlamaları nedeniyle mevcut Si transistörlerini silisyum karbür (SiC) transistörlerle değiştirerek arttırılabilir. Bu araştırmanın birincil amacı, üç fazlı silikon karbür yalıtımlı kapılı bipolar transistör (SiC-IGBT) anahtarlarına dayalı Uçak Yer Güç Ünitelerini (AGPU) tasarlamak ve uygulamaktır. Bu çalışmada, 1200-V SiC-IGBT ve 1200-V Si-IGBT arasında ayrıntılı bir sert anahtarlama davranışı karşılaştırması yapılmıştır. Tek darbeli test sistemi ve üç fazlı invertör sistemleri, karşılaştırılabilir çalışma koşulları için tasarlanmış ve uygulanmıştır. Tek Darbe test sistemi, ilk deney sisteminde Si-IGBT'ler ve SiC-IGBT'ler anahtarları kullanılarak oluşturulmuştur. İkinci deney, üç fazlı invertör tabanlı test sistemini içeriyordu. Sistem, iki cihaz tabanlı eviriciyi RL yükleri altında karşılaştırmak için Si-IGBT'ler ve SiC-IGBT'ler ile oluşturulmuştur. IGBT şalterlerinin kapatma ve açma işlemleri incelenmiş ve sonuçlar sunulmuştur. AGPU'nun Single Pulse deney sisteminde deneysel olarak Si-IGBT verimi %77 olarak elde edilmiştir. İkinci deney sisteminde yeni AGPU'nun verimliliği, eski Si transistörünün bir SiC ile değiştirilmesiyle %95'e kadar artırıldı. Üç fazlı Si-IGBT tabanlı sistemin verimliliği, altı anahtar durumu için %86 idi. SiC-IGBT tabanlı sistemin verimleri deneysel olarak üç fazlı invertör deneysel test sisteminde %92 civarında artırılmıştır. Deney sonuçlarının bulguları, SiC-IGBT'nin klasik Si-IGBT'den daha hızlı bir anahtarlama hızına ve daha küçük bir kayba sahip olduğunu göstermiştir. Bu düşük verimlilik oranları, APGU tabanlı uygulamalarda eski Si transistörünü bir SiC ile değiştirerek arttırılabilir.