基于碳化硅功率器件的感应电机控制系统研究

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功率半导体器件是数字化电机驱动系统的核心组件,对驱动系统的性能具有重要影响。碳化硅(SiC)功率器件作为新兴的第三代宽禁带半导体器件,具有诸多优良特性,突破了传统硅(Si)功率器件的性能瓶颈,可显著提升电机驱动系统的性能。因此,本文选题研究基于SiC功率器件的感应电机控制系统。
  在研究感应电机矢量控制系统数学模型的基础上,发现常规控制方案在高速弱磁区由于耦合效应而存在的问题,指出通过提高开关频率可以降低控制环路延时并实现性能上的提升。同时,针对SiC功率器件高开关速度与频率所导致的电磁干扰增大问题,从理论上研究了系统传导共模电磁干扰与器件参数的关系,为后续工作提供理论依据。
  进一步地,设计与研制了基于SiC功率器件的高功率密度感应电机驱动系统,搭建了物理实验平台。研究了开关频率对驱动系统的性能影响,从理论上论证了开关频率的增大对于电机控制系统电流纹波性能以及电流环控制性能的提升,并完成了实验验证。
  此外,针对SiC器件的应用导致电磁干扰增强的问题,通过建立感应电机驱动系统共模信号等效电路模型,对共模电压/电流的形成机理以及传统调制方式的特性进行了分析,并通过新型调制方式对共模电压/电流进行了抑制。
  基于上述研究和开发工作,最终完成了基于SiC功率器件的感应电机控制系统样机。相较于传统方案,该系统可以大幅提高开关频率,在功率密度、电流纹波以及电流控制性能方面得到了显著提高。此外,采用新型脉宽调制算法,有效抑制了系统的共模电压/电流,降低了不利影响。
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