碳化硅功率器件在永磁同步電機驅(qū)動器中的應(yīng)用研究.pdf

1、電動汽車、航空、航天、電力牽引、家電等領(lǐng)域的飛速發(fā)展對永磁同步電機驅(qū)動器提出了更高的要求，希望其具有更高的效率、更高的功率密度以及更高的可靠性。功率器件是電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要組成部分，對其效率、功率密度和可靠性起著主導(dǎo)作用。與傳統(tǒng)基于硅半導(dǎo)體材料的功率器件相比，新興碳化硅功率器件具有開關(guān)速度快、阻斷電壓高和耐高溫工作能力強等優(yōu)點，由此可預(yù)見利用碳化硅功率器件設(shè)計的電機驅(qū)動器能提高永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的效率、功率密度以及動態(tài)性能。隨著碳化硅

2、功率器件制造技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，其在永磁同步電機驅(qū)動器中的應(yīng)用研究受到研究人員越來越多的關(guān)注。永磁同步電機由于其具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、調(diào)速性能好等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于電動汽車、航空、航天、電力牽引、家電等領(lǐng)域。
　　本文首先對永磁同步電機的結(jié)構(gòu)進行簡單介紹，闡述了坐標變換的原理，給出了永磁同步電機在坐標變換后的數(shù)學(xué)模型，分析了電壓矢量控制的基本原理，介紹了PMSM中空間矢量作用的時間計算方法。與傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體相比，碳化硅半導(dǎo)體的材料

3、特性存在較大優(yōu)勢，因而碳化硅功率器件比傳統(tǒng)的硅功率器件具有更好地電氣特性，為了保證碳化硅功率器件的優(yōu)勢在永磁同步電機驅(qū)動器中的充分發(fā)揮，使得基于碳化硅功率器件的永磁同步電機驅(qū)動器能夠獲得更優(yōu)的性能，本文詳細分析了利用碳化硅功率器件可能帶來的實際應(yīng)用問題。電機驅(qū)動器橋臂結(jié)構(gòu)電路中一個開關(guān)管快速開關(guān)瞬態(tài)產(chǎn)生的高電壓變化率（dv/dt）會影響其互補開關(guān)管的工作，引起串擾問題，導(dǎo)致額外的開關(guān)損耗甚至器件失效。本文重點討論 SiC基高速開關(guān)給PM

4、SM驅(qū)動器帶來的一些關(guān)鍵問題，分析了電機驅(qū)動器中橋臂串擾問題的產(chǎn)生機理及其危害，給出了電機驅(qū)動器橋臂電路高頻串擾問題的特殊性，闡述了抑制串擾問題的方法并給出抑制實驗效果。分析了高速開關(guān)下寄生電感對功率器件的安全工作的影響原理，給出開關(guān)速度提高對寄生參數(shù)容忍程度關(guān)系曲線，闡述了抑制寄生電感影響的方法并給出抑制的實驗效果。最后，對PMSM驅(qū)動器的功率器件進行了損耗分析，指出了與硅功率器件相比，采用碳化硅功率器件所能取得的效率優(yōu)勢，完成了輸出