基于GD32芯片的SiC功率器件的高速永磁电机驱动系统研究
发布时间：2021-12-23 08:13
高速永磁电机（high speed permanent magnet motor,HSPMM）具有效率高、功率密度高和动态响应速度快等优点,在高速加工中心、分子泵和飞轮储能等领域有着广阔的应用前景。但高速电机的驱动与传统电机驱动有所不同,要达到高速的要求,驱动系统中的功率器件开关频率要足够高。由于2018年中兴事件给了国人太大的刺激,因此本文采用了拥有较高开关频率的SiC MOSFET作为驱动系统的功率器件,并且使用了高性能国产芯片GD32F303作为驱动芯片来构造HSPMM驱动系统,尝试建立基于中国芯的高速永磁电机驱动系统。首先介绍了当前Si C功率器件和SiC驱动电路的研究现状,以及高速永磁电机的分类与发展。介绍了永磁同步电机的结构以及在各个坐标系下的PMSM数学模型,然后简单介绍了永磁同步电机的控制策略以及永磁同步电机的驱动控制系统。然后具体介绍了基于SiC高速永磁电机驱动系统平台的硬件电路以及软件的设计。在硬件电路的设计中,阐述了GD32F303硬件结构与原理并凸显出了其主控优势,详细阐述了电源、驱动电路、保护电路、位置信号检测电路等硬件电路的设计。在软件设计当中,利用软件设计...
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面式永磁同步电机
上海电机学院硕士学位论文-11-第二章永磁同步电机数学模型、控制策略及驱动控制系统2.1PMSM数学模型永磁同步电机主要是由定子以及转子两大部分组成的。根据永磁体在转子上安装的位置不一样，可将PMSM表面式和内埋式永磁同步电机。当永磁体位于电机的铁心内部时，如图2-1所示，这两种结构的电机属于表面式永磁同步电机，如图2-2所示为隐极式永磁同步电机，其永磁材料位于转子内部，具有非常不同的结构。a）表贴式b）内插式a)Tablestickerb)Interpolation图2-1表面式永磁同步电机Fig.2-1Surfacepermanentmagnetsynchronousmotor图2-2内埋式永磁同步电机Fig.2-2Buriedpermanentmagnetsynchronousmotor
上海电机学院硕士学位论文-15-PMSM在两相静止坐标系下的电磁转矩可表达为式（2-7）：e3()2pssssTnii（2-7）式中，eT为电机电磁转矩，pn为电机极对数。2.1.3两相转子同步旋转坐标系下数学模型在经过Clark变换后，永磁同步电机的数学模型中的电压方程仍为交流量，控制仍然较为复杂。在这种情况下，我们可以将两相静止绕组代换为两相旋转绕组，使得交流量变成直流。当两相静止坐标系变换为两相同步旋转坐标系DQ时，称之为Park变换,如图2-4所示图2-42s/2rT坐标变换示意图Fig.2-42s/2rTcoordinatetransformationschematicdiagram根据图2-4所表示的两个坐标系之间的关系，坐标变换关系可由式（2-8）表示：2/2dsrqxxTxx（2-8）
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土永磁电机的应用现状及其发展趋势[J]. 杨朋. 中国设备工程. 2019(01)
[2]“贸易战”加速中国芯在夹缝中崛起[J]. 惊鸿. 互联网周刊. 2018(08)
[3]大功率SiC-MOSFET模块驱动技术研究[J]. 周帅,张小勇,饶沛南,张庆,施洪亮. 机车电传动. 2018(02)
[4]基于全局非奇异快速终端滑模结构作用下的永磁同步电机的研究[J]. 王磊,张振国,沈素素. 电子测量技术. 2018(03)
[5]一种基于BJT的耐200℃高温碳化硅MOSFET驱动电路[J]. 金淼鑫,高强,徐殿国. 电工技术学报. 2018(06)
[6]基于Super-twisting滑模永磁同步电机驱动的转速和转矩控制[J]. 万东灵,赵朝会,王飞宇,孙强. 电机与控制应用. 2017(10)
[7]SiC电力电子器件研究现状及新进展[J]. 刘佳佳,刘英坤,谭永亮. 半导体技术. 2017(10)
[8]寄生电感对碳化硅MOSFET开关特性的影响[J]. 柯俊吉,赵志斌,魏昌俊,徐鹏,谢宗奎,杨霏. 半导体技术. 2017(03)
[9]SiC MOSFET和Si IGBT的结温特性及结温监测方法研究[J]. 宁圃奇,李磊,温旭辉,张栋. 大功率变流技术. 2016(05)
[10]SiC MOSFET开关特性及驱动电路的设计[J]. 刘仿,肖岚. 电力电子技术. 2016(06)
博士论文
[1]高速永磁电机综合设计方法的研究[D]. 董剑宁.东南大学 2015
[2]高速永磁同步电动机控制技术研究[D]. 崔红.沈阳工业大学 2012
硕士论文
[1]永磁同步电机直接转矩无传感器控制的研究[D]. 闫庚龙.太原科技大学 2018
[2]10kV/200A大功率碳化硅MOSFET混合模块设计[D]. 肖强.浙江大学 2016
[3]碳化硅功率器件在永磁同步电机驱动器中的应用研究[D]. 聂新.南京航空航天大学 2015
[4]驱控一体化多轴运动控制器的研究[D]. 刘博峰.上海交通大学 2015
[5]永磁电机的设计与分析[D]. 王玮.南京理工大学 2014
[6]高速永磁无刷电机设计与控制系统研究[D]. 薛劭申.北京交通大学 2011
[7]基于模糊滑模控制的永磁电机直接转矩控制系统的研究[D]. 孙学方.东北大学 2010
[8]碳化硅宽带隙半导体薄膜的异质外延生长技术及其结构性质分析[D]. 张永华.西安电子科技大学 2002
本文编号：3548122
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面式永磁同步电机
上海电机学院硕士学位论文-11-第二章永磁同步电机数学模型、控制策略及驱动控制系统2.1PMSM数学模型永磁同步电机主要是由定子以及转子两大部分组成的。根据永磁体在转子上安装的位置不一样，可将PMSM表面式和内埋式永磁同步电机。当永磁体位于电机的铁心内部时，如图2-1所示，这两种结构的电机属于表面式永磁同步电机，如图2-2所示为隐极式永磁同步电机，其永磁材料位于转子内部，具有非常不同的结构。a）表贴式b）内插式a)Tablestickerb)Interpolation图2-1表面式永磁同步电机Fig.2-1Surfacepermanentmagnetsynchronousmotor图2-2内埋式永磁同步电机Fig.2-2Buriedpermanentmagnetsynchronousmotor
上海电机学院硕士学位论文-15-PMSM在两相静止坐标系下的电磁转矩可表达为式（2-7）：e3()2pssssTnii（2-7）式中，eT为电机电磁转矩，pn为电机极对数。2.1.3两相转子同步旋转坐标系下数学模型在经过Clark变换后，永磁同步电机的数学模型中的电压方程仍为交流量，控制仍然较为复杂。在这种情况下，我们可以将两相静止绕组代换为两相旋转绕组，使得交流量变成直流。当两相静止坐标系变换为两相同步旋转坐标系DQ时，称之为Park变换,如图2-4所示图2-42s/2rT坐标变换示意图Fig.2-42s/2rTcoordinatetransformationschematicdiagram根据图2-4所表示的两个坐标系之间的关系，坐标变换关系可由式（2-8）表示：2/2dsrqxxTxx（2-8）
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土永磁电机的应用现状及其发展趋势[J]. 杨朋. 中国设备工程. 2019(01)
[2]“贸易战”加速中国芯在夹缝中崛起[J]. 惊鸿. 互联网周刊. 2018(08)
[3]大功率SiC-MOSFET模块驱动技术研究[J]. 周帅,张小勇,饶沛南,张庆,施洪亮. 机车电传动. 2018(02)
[4]基于全局非奇异快速终端滑模结构作用下的永磁同步电机的研究[J]. 王磊,张振国,沈素素. 电子测量技术. 2018(03)
[5]一种基于BJT的耐200℃高温碳化硅MOSFET驱动电路[J]. 金淼鑫,高强,徐殿国. 电工技术学报. 2018(06)
[6]基于Super-twisting滑模永磁同步电机驱动的转速和转矩控制[J]. 万东灵,赵朝会,王飞宇,孙强. 电机与控制应用. 2017(10)
[7]SiC电力电子器件研究现状及新进展[J]. 刘佳佳,刘英坤,谭永亮. 半导体技术. 2017(10)
[8]寄生电感对碳化硅MOSFET开关特性的影响[J]. 柯俊吉,赵志斌,魏昌俊,徐鹏,谢宗奎,杨霏. 半导体技术. 2017(03)
[9]SiC MOSFET和Si IGBT的结温特性及结温监测方法研究[J]. 宁圃奇,李磊,温旭辉,张栋. 大功率变流技术. 2016(05)
[10]SiC MOSFET开关特性及驱动电路的设计[J]. 刘仿,肖岚. 电力电子技术. 2016(06)
博士论文
[1]高速永磁电机综合设计方法的研究[D]. 董剑宁.东南大学 2015
[2]高速永磁同步电动机控制技术研究[D]. 崔红.沈阳工业大学 2012
硕士论文
[1]永磁同步电机直接转矩无传感器控制的研究[D]. 闫庚龙.太原科技大学 2018
[2]10kV/200A大功率碳化硅MOSFET混合模块设计[D]. 肖强.浙江大学 2016
[3]碳化硅功率器件在永磁同步电机驱动器中的应用研究[D]. 聂新.南京航空航天大学 2015
[4]驱控一体化多轴运动控制器的研究[D]. 刘博峰.上海交通大学 2015
[5]永磁电机的设计与分析[D]. 王玮.南京理工大学 2014
[6]高速永磁无刷电机设计与控制系统研究[D]. 薛劭申.北京交通大学 2011
[7]基于模糊滑模控制的永磁电机直接转矩控制系统的研究[D]. 孙学方.东北大学 2010
[8]碳化硅宽带隙半导体薄膜的异质外延生长技术及其结构性质分析[D]. 张永华.西安电子科技大学 2002
本文编号：3548122
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