基于SiC功率器件的永磁同步电机无位置传感器控制技术研究

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目前逆变器中功率器件中,主要采用硅材料制作的MOSFET或IGBT,但其开关速度较慢,导致开关频率较低、开关损耗较大、死区时间较长。作为新型宽禁带半导体材料,碳化硅(Si C)功率器件开始广泛应用于电机驱动系统中,在实现高开关频率的同时,能够实现减小死区时间、降低驱动系统体积及损耗、提升驱动系统功率密度、降低电机运行时的噪声,因此对基于Si C功率器件的电机驱动系统研究有重要意义。为提升系统可靠性及进一步减小硬件结构体积,采用无位置传感器控制技术代替机械传感器;为抑制高频噪声,对空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术进行优化,进一步降低PWM高频谐波。对SiC MOSFET的开关特性进行了分析,搭建了基于罗姆公司Si C MOSFET的双脉冲测试电路模型,通过仿真分析了栅极电阻、驱动电压以及寄生电容对Si C MOSFET开关特性的影响。研究结果表明使用Si C功率器件可大幅减小死区时间。对一种基于非线性观测器的无位置传感器控制技术进行了研究。将静止坐标系下电压与电流作为非线性观测器的输入估算电角度,使用锁相环提取速度信息。通过仿真与实验验证了该方法可实现永磁同步电机无位置传感器控制,并探究了不同开关频率下无位置传感器控制的精度。研究结果表明提高开关频率可降低速度误差,提高无位置传感器控制精度。对改进型单边规则采样SVPWM(Modified Single-edge SVPWM,MS-SVPWM)技术的原理与实现方法进行研究,对该技术下PWM谐波成分与开关频率进行分析,设计了一种在单边SVPWM技术与MS-SVPWM技术间切换的方法。研究结果表明MS-SVPWM技术能够抑制奇数倍次的PWM谐波。建立了电机控制系统的离散仿真模型,对采样电路中RC滤波器引起的相电流相位滞后进行分析与补偿,并分析RC滤波器相位滞后对无位置传感器控制精度的影响。对双边SVPWM技术与MS-SVPWM技术下死区效应进行分析与补偿,并分析死区效应对无位置传感器控制精度的影响。研究结果表明相位补偿可提升无位置传感器控制的动态性能,死区补偿可减小无位置传感器控制的角度与速度误差,提高无位置传感器控制精度。
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