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創(chuàng)統(tǒng)科技研發(fā)試驗(yàn)室測(cè)試在同一IGBT模塊內(nèi)封裝的IGBT器件和續(xù)流二極管主要工作的開關(guān)狀態(tài)，在每個(gè)開關(guān)狀態(tài)中，都會(huì)產(chǎn)生一部分熱損耗。這些損耗相加，即為開關(guān)器件的總損耗。IGBT和二極管損耗包括通態(tài)損耗和開關(guān)損耗。由于變流器結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，各相IGBT模塊的電流和電壓曲線的形狀是相同的，兩者相互間僅存在一個(gè)固定的相位差。因此，只要對(duì)一個(gè)IGBT和一個(gè)二極管進(jìn)行分析，再將結(jié)果乘以變流器中相應(yīng)的IGBT和二極管數(shù)量就可以得到變流器的總功耗。

在兆瓦級(jí)變流器中，為了降低功耗，常采用不高于5kHz的開關(guān)頻率，且隨著功率增加，開關(guān)頻率進(jìn)一步降低，據(jù)此在功耗計(jì)算時(shí)，可以忽略開關(guān)時(shí)間和為保護(hù)模塊而額外增加的死區(qū)時(shí)間。為了保證輸出波形質(zhì)量，IGBT模塊通常工作在線性調(diào)制區(qū)間，且系統(tǒng)穩(wěn)定后結(jié)溫不隨時(shí)間變化。

在此前提下，IGBT飽和電壓V_CEsat隨時(shí)間變化的表達(dá)式為：

其中V_CE0為輸出電壓在i_o=0時(shí)的開啟電壓，r_CE為IGBT的通態(tài)電阻（輸出特性的斜率），i₀為流過(guò)器件電流。

二極管正向通態(tài)電壓V_F隨時(shí)間變化的表達(dá)式為：

其中V_F0為輸出電壓在i₀=0時(shí)的開啟電壓，r_F為二極管的通態(tài)電阻（輸出特性的斜率）。

考慮到占空比與時(shí)間之間的正弦關(guān)系，IGBT的通態(tài)損耗可由下式計(jì)算出：

IGBT的開關(guān)損耗是指其在開通和關(guān)斷過(guò)渡過(guò)程中的功率損耗。得到開關(guān)損耗最精確的方法是測(cè)量在開關(guān)過(guò)程中i₀和V_CE的波形，對(duì)其進(jìn)行時(shí)間積分。

因?yàn)殚_關(guān)能耗和集電極電流之間存在著線性關(guān)系，且在一個(gè)電流周期的正弦半波內(nèi)，IGBT的開關(guān)損耗可以用一個(gè)相應(yīng)的直流電流所產(chǎn)生的開關(guān)損耗來(lái)等效，這個(gè)直流電流實(shí)質(zhì)上是該正弦半波的平均值。則IGBT的總開關(guān)損耗可以根據(jù)這一簡(jiǎn)化來(lái)由下式計(jì)算：

式中，f_s為開關(guān)頻率，E_{on_Tr}為IGBT額定狀態(tài)下的單脈沖開通損耗，E_{off_Tr}為IGBT額定狀態(tài)下的單脈沖關(guān)斷損耗。相應(yīng)地，二極管的總開關(guān)損耗可表示為：

E_{off_D}為二極管額定狀態(tài)下的單脈沖關(guān)斷損耗。

三相半橋變流器IGBT模塊總損耗為：

其中，n為每相并聯(lián)的IGBT模塊數(shù)量。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算所需參數(shù)除開關(guān)頻率和輸出電流外都可從相應(yīng)模塊參數(shù)表中找到。通過(guò)式可知，IGBT損耗影響因素除了器件本身參數(shù)外，在變流器系統(tǒng)功率一定的情況下，主要取決于IGBT器件開關(guān)頻率，為了減少損耗，需要采用優(yōu)化的開關(guān)方式以減少開關(guān)次數(shù)。該計(jì)算方法和變流器工作狀態(tài)是整流或逆變無(wú)關(guān)。