碳化硅MOSFET三相逆变器研究

发布时间：2017-07-16 02:07

  本文关键词：碳化硅MOSFET三相逆变器研究

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【摘要】：伴随着武器导弹系统的全电化快速发展,电传作动系统将成为新型舵面操纵机构。稀土永磁电机在结构及其性能方面的优势,使其成为未来电传作动系统的首选驱动电机。研究稀土永磁电机驱动系统的小型化,对于提升电传作动系统的性能具有重要意义。本文以驱动稀土永磁电机为目标,研究基于碳化硅MOSFET的三相逆变器,为稀土永磁电机驱动系统的小型化打下基础,以期拓展电传作动系统在武器导弹系统的应用范围。具体的研究工作为:1.在分析电传作动系统特性基础上,指出其驱动系统小型化的必要性。结合半导体功率器件的发展历程,指出碳化硅器件是未来电力电子装置功率开关器件的首选,为电传作动系统的小型化提供新的思路。对作为开关功能使用的MOSFET,在导通特性、关断特性、损耗等方面做了详细的分析,指出基于碳化硅材料的MOSFET在相应方面的优势。2.介绍了基于三相全控桥拓扑结构的逆变器工作原理。分析了正弦脉宽调制和空间矢量脉宽调制两种常用逆变器控制方法的基本工作原理,以及最大逆变效率,指出空间矢量脉宽调制具有更高的逆变效率。结合空间矢量脉宽调制的特点,对其软件编程实现过程中的扇区确定、各个功率开关器件的导通时间计算方法,做了详细的分析。3.提出基于碳化硅MOSFET三相逆变器的稀土永磁电机驱动系统设计方法。以TMS320F2812为CPU构建硬件系统,具体包括最小系统、驱动隔离、栅极驱动能力提升、电流采集、逆变器、电源变换等模块,对各个模块的电路设计基本原理做了详细的分析。在所设计的硬件原理框图基础上,采用Altium Designer设计了相应的电路原理图和电路PCB板图。软件实现建立在基于恒压频比的稀土永磁电机控制方法基础上,结合空间矢量脉宽调制,给出主程序和中断服务程序对应的软件流程图,通过在CCS开发环境下编程实现。4.对所设计的驱动系统进行了加工、焊接、调试。在所建实验系统基础上,分别测试了以碳化硅MOSFET、硅MOSFET、硅IGBT为开关器件构建的开关电路特性。测试结果表明通过碳化硅MOSFET构建的开关电路在导通延迟时间、上升时间、关断时间等方面具有一定的优势,更加接近于理想状态,有助于基于理想状态下提出的斩波控制算法优异性能的实现。以稀土永磁电机的调速为目标,对逆变器的性能进行了测试。给定转速下的转速控制性能测试结果表明:所设计逆变器能够较好的实现逆变功能,使系统具有较好的调速性能。
【关键词】：碳化硅MOSFET 三相逆变器 空间矢量脉宽调制 稀土永磁电机
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN386;TM464
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号对照表12-14
• 缩略语对照表14-17
• 第一章 绪论17-23
• 1.1 研究背景和意义17-18
• 1.2 电力电子器件研究现状18-20
• 1.3 碳化硅材料在电力电子领域的优势20-22
• 1.4 本文的主要工作安排22-23
• 第二章 MOSFET工作特性分析23-31
• 2.1 器件基本结构23-24
• 2.2 开关特性24-27
• 2.2.1 理想开关特性分析24-25
• 2.2.2 实际开关特性分析25-27
• 2.3 损耗分析27-29
• 2.3.1 完全导通损耗27-28
• 2.3.2 开关损耗28-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 三相逆变器及其控制方法分析31-41
• 3.1 逆变器类型31
• 3.2 三相逆变器拓扑结构31-32
• 3.3 三相逆变系统主要控制方法32-40
• 3.3.1 SPWM32-34
• 3.3.2 SVPWM34-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 基于碳化硅MOSFET的三相逆变器设计41-57
• 4.1 电路总体设计方案41-42
• 4.2 各模块电路设计42-50
• 4.2.1 CPU最小系统42-45
• 4.2.2 PWM隔离45-46
• 4.2.3 栅极驱动能力提升电路46
• 4.2.4 相电流采集电路46-47
• 4.2.5 信号调理电路47
• 4.2.6 电源变换电路47-48
• 4.2.7 逆变器设计48-49
• 4.2.8 稀土永磁电机选择49-50
• 4.3 电路板设计50-53
• 4.4 软件设计53-56
• 4.4.1 稀土永磁电机控制方法53-54
• 4.4.2 TMS320F2812程序编写54-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 实验分析57-63
• 5.1 实验装置介绍57-58
• 5.2 开关特性分析58-61
• 5.2.1 开通特性59-60
• 5.2.2 关断特性60-61
• 5.3 逆变器特性分析61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 结束语63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-71
• 作者简介71-72

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本文编号：546648