基于碳化硅功率器件的永磁同步电机驱动系统研究.pdf

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1、硕士学位论文基于碳化硅功率器件的永磁同步电机驱动系统研究RESEARCHONPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMOTORDRIVESYSTEMBASEDONSILICONCARBIDEPOWERDEVICE石宏康哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM351学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于碳化硅功率器件的永磁同步电机驱动系统研究硕士研究生：石宏康导师：徐永向教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予

2、学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM351U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMOTORDRIVESYSTEMBASEDONSILICONCARBIDEPOWERDEVICECandidate：ShiHongkangSupervisor：Prof.XuYongxiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineerin

3、gSpeciality：ElectricalEngineeringSchoolofElectricalEngineeringandAffiliation：AutomationDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要碳化硅作为最典型的宽禁带半导体材料，近些年来被越来越广泛地用于高频高温的工作场合。利用SiCMOSFET来作为永磁同步电机控制系统中的功率器件，可以降低驱动器损耗，提高系统效率，提高

4、开关频率，降低电流谐波和转矩波动。本文研究了一种基于SiCMOSFET驱动的永磁同步电机控制系统，旨在验证碳化硅功率器件用于电机驱动领域的优势，寻找出适合于碳化硅功率器件的电机驱动场合。首先，研究了SiCMOSFET的工作特性和参数特性，在现有的Spice建模策略的基础上，提出了一种器件物理性质和等效电路结构相结合的SiCMOSFET的Spice建模方法，搭建了碳化硅功率模块BSM300D12P2E001的电路模型，并通过将软件仿真结果与器件数据手册给出的曲线进行对比，验证了该模型能够在较宽的温度范围内精确地反映出器件

5、的静态特性和动态特性。其次，分析了电机逆变器损耗的构成及影响各类损耗的因素，并推导了功率器件通态损耗和开关损耗以及续流二极管损耗的估算方法。通过单变量仿真得到了影响通态损耗和开关损耗的因素，并对比了SiCMOSFET和SiIGBT在相同工况下的器件损耗，验证了采用碳化硅器件可以降低逆变器损耗，提高电机系统的效率。再次，针对碳化硅电机系统存在的问题，深入探究了三相桥式电路桥臂串扰问题的机理，详细分析了寄生电容、电感等参数对串扰的影响，分别对于不同影响因素提出了抑制桥臂串扰问题的解决措施，并对比和分析了各方案的效果。研究了

6、高开关频率下死区效应对电机性能的影响，针对碳化硅电机驱动器提出了一种简单有效的死区补偿措施，通过仿真和实验验证了该补偿措施可降低电流谐波含量，减小电机的转矩波动。最后，在分析了电机系统结构和各部分的功能的基础上，设计了逆变器驱动电路和保护电路，搭建出包括碳化硅逆变器和传统硅基逆变器的永磁同步电机控制系统，并完成了对比实验，验证了采用碳化硅功率器件能够提高开关频率，减小死区时间，从而改善电机的性能。关键词：永磁同步电机；电机控制；碳化硅MOSFET；Spice建模；桥臂串扰-I-AbstractAbstractAsthe

7、mosttypicalwidebandgapsemi-conductordevices,siliconcarbideMOSFETshavebeenmoreandmorewidelyusedinhighfrequencyorhightemperatureswitchingsituationinrecentyears.UsingSiCMOSFETsinPMSMcontrolsystemcanfirstlyreducedrivelossandimprovesystemefficiency.Secondly,theswitch

8、ingfrequencycanbeincreasedtoenlargethepowerdensityofthemotorandreducethecurrentharmonics.Inaddition,themaximumworkingtemperatureofthesystemcanbeincreasedmeanwhilethev