基于SiC逆变器的高速永磁同步电机驱动系统研究

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高速永磁同步电机调速范围宽、功率密度大、动态响应快的特性使得它有很广阔的应用前景。然而由于HSPMSM定子电感小,电流谐波含量高,电机发热严重。减小控制周期,提高PWM开关频率可以有效抑制电流谐波。因此本文研究新型SiC MOSFET器件及其驱动电路并将其应用到HSPMSM驱动系统中来提高开关频率,提升电机控制性能。通过建立SiC MOSFET器件模型及驱动电路等效模型,分析驱动电路关键参数对SiC MOSFET开关性能的影响,研究了SiC MOSFET不同性能要求的参数优化方法。针对SiC MOSFET在三相逆变器中存在的端电压振荡和串扰问题,通过驱动回路参数优化设计、和密勒钳位电路进行抑制,并进行了实验验证。针对电路可靠性设计,通过一种基于过饱和检测原理的过流保护电路在硬件上进行过流故障保护。针对高开关频率下,控制周期变短,DSP难以完成矢量控制算法的问题,选取FPGA作为主控芯片来实现HSPMSM转速电流双闭环的控制。为节约FPGA资源,对系统算法进行优化设计。对FPGA无法进行浮点运算、无法直接运算三角函数的问题给出设计思路和解决办法,包括CORDIC算法、PI控制器、SVPWM调制、位置与速度计算等,并通过逻辑仿真验证了算法的可靠性。以FPGA为主控芯片搭建基于SiC MOSFET逆变器的HSPMSM驱动系统实验平台对系统进行验证。实验结果表明提高开关频率可以有效抑制电流谐波,提高电机稳态性能,减小转速波动和转矩脉动,扩展电流环带宽,提高电机动态响应能力。最终实现了开关频率50kHz下电机转速为15000rpm的平稳运行。
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