SiC逆变器供电的电机系统负面效应研究
发布时间：2021-04-14 23:08
随着现代电力电子技术的发展,航空、航天、汽车等领域对电机驱动器的要求越来越高,要求驱动器具有更高的开关频率、效率和可靠性。与硅（Si）器件相比,以碳化硅（SiC）为材料的新一代功率器件具有更快的开关速度和更低的开关损耗等优势,并且在电机驱动系统中扮演着越来越重要的角色。与此同时,SiC MOSFET也给系统造成不可避免的负面效应,主要表现在桥臂串扰、栅源极电压振荡、通过电缆驱动电机引起电机端过电压以及电磁干扰问题等,严重影响电机的安全和稳定运行,所以分析和研究SiC逆变器供电下电机系统的负面效应和抑制策略尤为重要。为研究高频开关频率下电机系统的特性,论文首先建立永磁同步电机的高频集总参数模型和电缆高频分布参数模型。按照电机实际参数使用有限元电磁场仿真软件获取电机的电阻、高频电感和寄生电容参数,从而得到电机的高频电路模型。在传输线原理的基础上,研究逆变器经长线电缆驱动电机引起电机端过电压的机理,电机特性阻抗与电缆特性阻抗不匹配,导致电压发生反射现象。分析电压波形在电缆中的传播和反射过程,由此得到过电压的影响因素。仿真对比SiC与Si器件引起的过电压,开关时间,开关频率和线缆长度因素对过电...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Maxwell2D仿真模型
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-10-电机绕组的工作损耗增加与电阻的增加。因为电机绕组是由多根密集的细导线绞合而成的，所以集肤效应和邻近效应更加明显。对于绕组的电感，在高频情况下，导磁介质会随频率的增加而改变。图2-2Maxwell2D仿真模型图2-3Maxwell3D仿真模型ANSYS的求解器主要可以分为以下6大类：对于磁场部分，分为静磁尝涡流尝瞬态磁场，对于电场部分分为静电尝交变电尝直流传导电常其中，涡流场求解器主要分析系统参数存在高频影响的集肤效应、涡流效应、邻近效应的影响的情况。它可以设置的频率范围达到几百兆赫兹以上，可以对电机、变压器、绕组等系统进行分析。用于计算各种损耗、铁损以及各种频率下的阻抗、电感与转矩等。静电场求解器主要分析由直流电压源、高电压绝缘体及其它静态装置所引起的静电场情况下的参数，对绝缘体、理想导体进行分析，用于计算力、电容及储能等。因此电机的电阻、电感需要在ANSYS的涡流场求解器进行求解计算，寄生电容在静电场求解器中进行计算。使用ANSYS有限元仿真的整体思路如图2-4所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-62-通过仿真结果可以看出，采用软件调制与RLC滤波器结合的抑制策略，此方法可以使共模传导电磁干扰的幅值降低30dB，并且共模电压与共模电流能较平均的分布在传导电磁干扰频率范围内，没有较高的尖峰，能有效的抑制共模电磁干扰问题，验证了上述抑制策略的合理性。6080100120140160180200220150k1M10M30Mf（Hz）SVPWM综合抑制Icm（dBAμ）图5-18SiC共模电流抑制效果图5.5实验平台及部分实验结果采用SiCMOSFET模块和TMS320F28335DSP搭建了55kW永磁同步电机驱动系统实验平台，如图5-19所示。受条件所限，仅对固定频率PWM和随机开关频率调制策略（RFPWM）进行了测试，23kHz固定频率PWM和23kHz~30kHz随机频率下的相电流频谱如图5-20所示。测试结果表明，RFPWM能够将噪声分布在较宽的频带内，有助于抑制系统的电磁干扰。图5-19基于SiCMOSFET的55kW永磁同步电机系统实验平台
【参考文献】：
期刊论文
[1]变频调速系统电磁兼容研究[J]. 陈灏. 自动化仪表. 2015(09)
[2]电磁兼容与电磁防护相关研究进展[J]. 刘尚合,刘卫东. 高电压技术. 2014(06)
[3]碳化硅电力电子器件在电力系统的应用展望[J]. 盛况,郭清,张军明,钱照明. 中国电机工程学报. 2012(30)
[4]高频PWM脉冲波传输引起电机端子过电压的研究[J]. 万健如,林志强,禹华军. 中国电机工程学报. 2001(11)
[5]消除PWM逆变器驱动交流电动机长线电缆影响的无源滤波技术[J]. 马洪飞,徐殿国. 电工技术杂志. 2001(06)
博士论文
[1]电动汽车电机驱动系统电磁干扰预测模型的研究[D]. 彭河蒙.重庆大学 2015
[2]双馈型风力发电变流器及其控制[D]. 杨淑英.合肥工业大学 2007
硕士论文
[1]基于碳化硅（SiC）器件的电机控制系统电磁干扰研究[D]. 方志浩.华中科技大学 2019
[2]永磁同步电机电磁干扰特性及建模方法研究[D]. 范景华.电子科技大学 2019
[3]变频器在长电缆应用环境下引起电机端子过电压的研究和仿真及dv/dt滤波器的设计[D]. 高晨.上海交通大学 2015
[4]长距离供电线路波反射的研究[D]. 王峰.中国石油大学 2008
本文编号：3138182
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Maxwell2D仿真模型
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-10-电机绕组的工作损耗增加与电阻的增加。因为电机绕组是由多根密集的细导线绞合而成的，所以集肤效应和邻近效应更加明显。对于绕组的电感，在高频情况下，导磁介质会随频率的增加而改变。图2-2Maxwell2D仿真模型图2-3Maxwell3D仿真模型ANSYS的求解器主要可以分为以下6大类：对于磁场部分，分为静磁尝涡流尝瞬态磁场，对于电场部分分为静电尝交变电尝直流传导电常其中，涡流场求解器主要分析系统参数存在高频影响的集肤效应、涡流效应、邻近效应的影响的情况。它可以设置的频率范围达到几百兆赫兹以上，可以对电机、变压器、绕组等系统进行分析。用于计算各种损耗、铁损以及各种频率下的阻抗、电感与转矩等。静电场求解器主要分析由直流电压源、高电压绝缘体及其它静态装置所引起的静电场情况下的参数，对绝缘体、理想导体进行分析，用于计算力、电容及储能等。因此电机的电阻、电感需要在ANSYS的涡流场求解器进行求解计算，寄生电容在静电场求解器中进行计算。使用ANSYS有限元仿真的整体思路如图2-4所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-62-通过仿真结果可以看出，采用软件调制与RLC滤波器结合的抑制策略，此方法可以使共模传导电磁干扰的幅值降低30dB，并且共模电压与共模电流能较平均的分布在传导电磁干扰频率范围内，没有较高的尖峰，能有效的抑制共模电磁干扰问题，验证了上述抑制策略的合理性。6080100120140160180200220150k1M10M30Mf（Hz）SVPWM综合抑制Icm（dBAμ）图5-18SiC共模电流抑制效果图5.5实验平台及部分实验结果采用SiCMOSFET模块和TMS320F28335DSP搭建了55kW永磁同步电机驱动系统实验平台，如图5-19所示。受条件所限，仅对固定频率PWM和随机开关频率调制策略（RFPWM）进行了测试，23kHz固定频率PWM和23kHz~30kHz随机频率下的相电流频谱如图5-20所示。测试结果表明，RFPWM能够将噪声分布在较宽的频带内，有助于抑制系统的电磁干扰。图5-19基于SiCMOSFET的55kW永磁同步电机系统实验平台
【参考文献】：
期刊论文
[1]变频调速系统电磁兼容研究[J]. 陈灏. 自动化仪表. 2015(09)
[2]电磁兼容与电磁防护相关研究进展[J]. 刘尚合,刘卫东. 高电压技术. 2014(06)
[3]碳化硅电力电子器件在电力系统的应用展望[J]. 盛况,郭清,张军明,钱照明. 中国电机工程学报. 2012(30)
[4]高频PWM脉冲波传输引起电机端子过电压的研究[J]. 万健如,林志强,禹华军. 中国电机工程学报. 2001(11)
[5]消除PWM逆变器驱动交流电动机长线电缆影响的无源滤波技术[J]. 马洪飞,徐殿国. 电工技术杂志. 2001(06)
博士论文
[1]电动汽车电机驱动系统电磁干扰预测模型的研究[D]. 彭河蒙.重庆大学 2015
[2]双馈型风力发电变流器及其控制[D]. 杨淑英.合肥工业大学 2007
硕士论文
[1]基于碳化硅（SiC）器件的电机控制系统电磁干扰研究[D]. 方志浩.华中科技大学 2019
[2]永磁同步电机电磁干扰特性及建模方法研究[D]. 范景华.电子科技大学 2019
[3]变频器在长电缆应用环境下引起电机端子过电压的研究和仿真及dv/dt滤波器的设计[D]. 高晨.上海交通大学 2015
[4]长距离供电线路波反射的研究[D]. 王峰.中国石油大学 2008
本文编号：3138182
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