時間:2023-10-18 15:16:13來æºï¼šä¸åœ‹å‚³å‹•ç¶²
  使用脈寬調制(PWM)æŽ§åˆ¶æŠ€è¡“çš„é›»æ©Ÿé©…å‹•ç³»çµ±åœ¨é€†è®Šå™¨ä¸æœƒé‡åˆ°é«˜é »é–‹é—œæè€—ï¼Œè€Œé«˜é »é›»æ©Ÿæè€—與電æµç´‹æ³¢æœ‰é—œã€‚這æ„å‘³è‘—å¿…é ˆåœ¨ç³»çµ±ç´šåˆ¥å˜åœ¨å¿…é ˆèª¿æŸ¥çš„æ¬Šè¡¡ã€‚ç‚ºäº†äº†è§£é€™äº›é›»æ©Ÿæè€—èˆ‡é–‹é—œé »çŽ‡çš„é—œç³»ï¼Œé€²è¡Œäº†ä¸åŒçš„ç ”ç©¶ã€‚ä½†æ˜¯ï¼Œå…¶ä¸å¤§å¤šæ•¸åƒ…é©ç”¨äºŽèˆ‡çµ•緣柵雙極晶體管(IGBT)ä¸€èµ·ä½¿ç”¨çš„é »çŽ‡ï¼Œé€šå¸¸é«˜é”20 kHz。
  英飛凌使用碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)寬帶隙(WBG)開關,將仿真和實驗方法相çµåˆï¼Œç ”ç©¶äº†è¼ƒé«˜é–‹é—œé »çŽ‡å°é€†è®Šå™¨å’Œé›»æ©Ÿæ•ˆçއ(高é”50 kHz)çš„å½±éŸ¿ã€‚æœ¬æ–‡è©³ç´°ä»‹ç´¹äº†æ‰€ä½¿ç”¨çš„æ–¹æ³•ï¼Œå¹¶è¨Žè«–äº†æ¨¡æ“¬å’Œå¯¦é©—æ¸¬è©¦çš„çµæžœã€‚
  測試和測é‡è¨ç½®
  逆變器è¨è¨ˆç”±ä¸‰å€‹åŠæ©‹çµ„æˆï¼Œä½¿ç”¨ä¸‰å€‹åæ¿æ¨¡å¡Šå¯¦ç¾ã€‚é€™ç¨®æ–¹æ³•çš„å„ªé»žæ˜¯ç°¡åŒ–å¹¶åŠ å¿«äº†ä¸åŒé–‹é—œæŠ€è¡“的測試。該逆變器具有å…個ç¨ç«‹çš„ 55 mΩ 開關,采用 CoolGaN 600 V 增強模å¼åŠŸçŽ‡æ™¶é«”ç®¡å’Œ CoolSiC 650 V çš„ TOLL å°è£å™¨ä»¶é¸é …,由 EiceDRIVER 2EDF7175F é›™é€šé“æŸµæ¥µé©…動器驅動。
  來自主æ¿éš”離電æºçš„低å´å’Œé«˜å´å置電壓å¯é‡å°ä¸åŒçš„寬帶隙技術(SiC 18 Vå’ŒGaN 10 V)進行調節。為了確ä¿å°é›»æ©Ÿé©…動逆變器ä¸çš„功率開關的精確控制,XENSIV TLI4971主æ¿ä¸Šçš„éœçˆ¾æ•ˆæ‡‰é›»æµå‚³æ„Ÿå™¨æ¸¬é‡é€†è®Šå™¨ç›¸é›»æµã€‚這些信號由XMC XMC4400微控制器處ç†ï¼Œè©²å¾®æŽ§åˆ¶å™¨é‚„使用ä½ç½®å‚³æ„Ÿå™¨å°æ°¸ç£åŒæ¥é›»æ©Ÿ(PMSM)速度執行ç£å ´å®šå‘控制(FOC)。
  表 1. æ°¸ç£åŒæ¥é›»æ©Ÿåƒæ•¸*
ã€€ã€€åƒæ•¸BSM33C-6177MHQ
  電壓320 V
  當å‰12.5 安培
  權力3 馬力
  速度1800 轉/分
  電感5.2毫高
  電阻1 Ω
  感應電機充當渦æµåˆ¶å‹•器,將å„ç¨®é›»æµæ–½åŠ åˆ°æ„Ÿæ‡‰é›»æ©Ÿçš„ç¹žçµ„ä¸Šï¼Œä»¥æ”¹è®Šè»¸æ‰çŸ©ã€‚使用感應電機制動器還å¯ä»¥ç¢ºä¿å¹³ç©©çš„è² è¼‰æ‰çŸ©ï¼ŒåŒæ™‚防æ¢é½’槽效應。
  用于評估WBG開關器件影響的電路æ¿å’Œæ¸¬è©¦è¨ç½®å¦‚圖1所示。
  
  * 圖1. 測試æ¿å’Œæ¸¬é‡è¨å‚™ã€‚圖片由 Bodo 的動力系統æä¾› [PDF]*
  逆變器功率æè€—
  當直æµé›»è½‰æ›ç‚ºäº¤æµé›»æ™‚,電機逆變器ä¸çš„èƒ½é‡æœƒæå¤±ã€‚這是由于逆變器組件ä¸çš„電阻æè€—ã€é›»åЛ電åè¨å‚™ä¸çš„é–‹é—œæè€—和無æºå™¨ä»¶ä¸çš„é›»ç£æè€—å…±åŒé€ æˆçš„ã€‚èƒ½é‡æå¤±é‡å–決于逆變器的è¨è¨ˆå’Œè¦æ ¼ï¼Œå¹¶èˆ‡é€†è®Šå™¨é‹è¡Œçš„é€†è®Šå™¨çš„é–‹é—œé »çŽ‡ç›´æŽ¥ç›¸é—œã€‚
ã€€ã€€ç”±äºŽç™¼ç”Ÿæ›´å¤šçš„é–‹é—œäº‹ä»¶ï¼Œé–‹é—œé »çŽ‡è¶Šé«˜ï¼Œé–‹é—œæè€—å°±è¶Šé«˜ã€‚å› æ¤ï¼Œé¸æ“‡åˆé©çš„é€†è®Šå™¨é–‹é—œé »çŽ‡å°äºŽå„ªåŒ–電機驅動系統的整體效率éžå¸¸é‡è¦ã€‚最終,為了確定特定電機逆變器è¨ç½®çš„æœ€ä½³é–‹é—œé »çŽ‡ï¼ŒæŠ˜è¡·æ˜¯å¿…è¦çš„。為幫助é™ä½Žé€†è®Šå™¨åŠŸçŽ‡æè€—è€Œé¸æ“‡çš„功率åŠå°Žé«”å™¨ä»¶æŠ€è¡“å–æ±ºäºŽè¨±å¤šå› ç´ ï¼ŒåŒ…æ‹¬é›»å£“ã€é›»æµã€é–‹é—œé »çއã€å 空比ã€é›»å£“變化率 (dv/dt) 和柵極電阻 (Rg)。
  圖 2 顯示了é¡å®šé›»å£“為 600-650 V çš„ GaN å’Œ SiC 功率開關器件在 320 V å’Œ 8 A ä¸‹å¾žæœ€ä½Žåˆ°æœ€é«˜é–‹é—œé »çŽ‡çš„ä»¿çœŸåŠŸçŽ‡æè€—(使用 PLECS)ã€‚åœ¨è¼ƒä½Žé »çŽ‡(5-10 kHz)下,SiC開關比GaN略有優勢。然而,在20-50 kHz范åœå…§ï¼Œèˆ‡SiC相比,GaN器件的功率æè€—明顯更低。然而,優化電機驅動系統的性能和效率還需è¦è€ƒæ…®é›»æºæŠ€è¡“和器件特性。
  
  * 圖2. PLEC模擬ä¸åŒé–‹é—œå™¨ä»¶åœ¨ä¸åŒé »çŽ‡ä¸Šçš„é€†è®Šå™¨æè€—。圖片由 Bodo 的動力系統æä¾› [PDF]*
  電機功率æè€—
ã€€ã€€åœ¨é€™é …ç ”ç©¶ä¸ï¼Œé‡é»žæ˜¯é›»æ©Ÿé«˜é »æè€—。將測é‡åˆ†ç‚ºé«˜é »å’Œä½Žé »åˆ†é‡æ˜¯ä½¿ç”¨é€£çºŒä½Žé€šæ¿¾æ³¢å™¨çš„è¿ä»£éŽç¨‹å®Œæˆçš„。圖3é¡¯ç¤ºäº†ç”±è¾¨åˆ¥ç”¢ç”Ÿçš„é›»æµæ¸¬é‡çµæžœã€‚å°äºŽé›»å£“,也應用了類似的分離éŽç¨‹ã€‚
  
  * 圖3. åˆ†é›¢é«˜é »å’Œä½Žé »é›»æµã€‚圖片由 Bodo 的動力系統æä¾› [PDF]*
  
  * 圖4. é«˜é »é›»æµåˆ†é‡ã€‚圖片由 Bodo 的動力系統æä¾› [PDF]*
  圖4顯示了執行電æµèª¿ç†åŽçš„é«˜é »ç›¸é›»æµã€‚æ£å¦‚é æœŸçš„é‚£æ¨£ï¼Œåœ¨è¼ƒé«˜çš„é–‹é—œé »çŽ‡ä¸‹ï¼Œé›»æµç´‹æ³¢çš„大å°è¼ƒä½Žï¼Œé€™ç¨®æ¸›å°‘的電æµç´‹æ³¢ä¹Ÿæœ‰åŠ©äºŽæ¸›å°‘é›»æ©Ÿä¸çš„èƒ½é‡æå¤±ã€‚
ã€€ã€€é«˜é »é‹è¡Œæ™‚的電機功率æè€—
  電機驅動器ä¸çš„é«˜é »åŠŸçŽ‡æè€—å¯ä»¥ä½¿ç”¨ä»¥ä¸‹å…¬å¼è¨ˆç®—:
  LossessHF=(VabHFIaHF+VbcHFIbHF+VcaHFIcHF+VabHFIbHF+VbcHFIcHF+VcaHFIaHF)/3
  ä¸åŒé›»æ©Ÿè½‰é€Ÿä¸‹ä¸åŒé–‹é—œé »çŽ‡ä¸‹çš„é«˜é »åŠŸçŽ‡æè€—如圖5所示,其ä¸(|I|=sqrt{I^{2} xnvpxtr+I^{2} {q}}).900 rpm å’Œ 50 kHz æ™‚çš„é«˜é »æè€—太å°ï¼Œç„¡æ³•顯示。
ã€€ã€€çµæžœè¡¨æ˜Žï¼Œé–‹é—œé »çއå°é«˜é »é›»æ©Ÿæè€—æœ‰æ˜Žé¡¯å½±éŸ¿ï¼Œé«˜é »åŠŸçŽ‡æè€—顯著é™ä½Žã€‚最高æè€—發生在 1800 rpm å’Œ 5 kHz 時。å°äºŽè©²å·¥ä½œé»žï¼Œæè€—約為12 W,而å°äºŽç›¸åŒçš„速度和50 kHzé–‹é—œé »çŽ‡ï¼Œæè€—僅為2 W,表示節能10 W。
  
  圖片由 Bodo 的動力系統æä¾› [PDF]
  
  圖片由 Bodo 的動力系統æä¾› [PDF]
  
  * 圖5. å„ç¨®é›»æ©Ÿè½‰é€Ÿä¸‹çš„é«˜é »æè€—。圖片由 Bodo 的動力系統æä¾› [PDF]*
  å¦ä¸€å€‹é—œéµçµæžœæ˜¯é«˜é »æè€—å–æ±ºäºŽé›»æ©Ÿçš„轉速,å¯èƒ½æ˜¯ç”±äºŽç£é«”ä¸çš„æ¸¦æµåœ¨æ›´å¿«çš„é€Ÿåº¦ä¸‹å¢žåŠ ã€‚éµææ˜¯å¦ä¸€å€‹éš¨é€Ÿåº¦è®ŠåŒ–的特å¾ï¼Œç£æ»¯éš¨è‘—é›»æ©Ÿé€Ÿåº¦çš„å¢žåŠ è€Œä¸Šå‡ï¼Œä¹Ÿæœƒå½±éŸ¿é›»æ©Ÿçš„功率æè€—é‡ã€‚
  整體系統æè€—
ã€€ã€€è² è¼‰ã€é€Ÿåº¦å’Œæº«åº¦ç‰åƒæ•¸æœƒå½±éŸ¿é›»æ©Ÿé©…動系統的效率。減少相å°äºŽè¼¸å‡ºåŠŸçŽ‡çš„èƒ½é‡æå¤±å¯æä¾›æœ€ä½³çš„é›»æ©Ÿé‹è¡Œæ•ˆçŽ‡ã€‚å°é«˜é »é›»æ©Ÿå’Œé€†è®Šå™¨æè€—組åˆçš„分æž(圖6)表明,當以1800 rpm的標稱轉速和50%é¡å®šè² 載(1.1 kW)é‹è¡Œæ™‚,在20 kHzçš„é–‹é—œé »çŽ‡ä¸‹å¯¦ç¾äº†æœ€ä½³å·¥ä½œé»ž(電機驅動系統相å°äºŽå…¶è¼¸å‡ºåŠŸçŽ‡çš„æè€—最低)。
ã€€ã€€ä¿æŒç›¡å¯èƒ½æŽ¥è¿‘該點的æ“作å°äºŽæœ€å¤§é™åº¦åœ°é™ä½ŽåŠŸè€—è‡³é—œé‡è¦ã€‚圖6確èªï¼Œå·¥ä½œé–‹é—œé »çŽ‡çš„é¸æ“‡éœ€è¦åœ¨ç³»çµ±ç´šé€²è¡Œè©•ä¼°ã€‚é€™ç¨®é¸æ“‡æ¶‰åŠè€ƒæ…®é€†è®Šå™¨å’Œé›»æ©Ÿä¸ä½¿ç”¨çš„è¨å‚™æŠ€è¡“。使用ä¸åŒçš„開關技術å¯ä»¥æ”¹è®Šæœ€ä½³å·¥ä½œé–‹é—œé »çŽ‡å’Œç³»çµ±ç¶“æ·çš„功率æè€—。
  
  圖片由 Bodo 的動力系統æä¾› [PDF]
  
  * 圖6. 確定整體系統æè€—和最佳工作點。圖片由 Bodo 的動力系統æä¾› [PDF]*
  世界銀行集團開關器件摘è¦
ã€€ã€€ç•¶ä½¿ç”¨å¯¬å¸¶éš™é–‹é—œå™¨ä»¶æ™‚ï¼Œåœ¨è¼ƒé«˜é–‹é—œé »çŽ‡ä¸‹é‹è¡Œçš„電機驅動系統å¯ä»¥æä¾›æ›´é«˜çš„æ•´é«”系統效率。但是,由于逆變器和電機æè€—ä¹‹é–“çš„æŠ˜è¡·ï¼Œæ‡‰ä»”ç´°é¸æ“‡é–‹é—œé »çŽ‡ã€‚
ã€€ã€€å¯¦é©—çµæžœè¡¨æ˜Žï¼Œåœ¨è¼ƒé«˜çš„é–‹é—œé »çŽ‡ä¸‹ï¼Œé›»æ©Ÿé«˜é »åŠŸçŽ‡æè€—é™ä½Žã€‚但是,需è¦é€²ä¸€æ¥åˆ†æžé›»æ©Ÿè»¸æ‰¿å’Œç¹žçµ„åœ¨é«˜é–‹é—œé »çŽ‡å’Œæ›´å¿«è½‰æ›(dv/dtã€di/dt)下的使用壽命的影響。æ¤å¤–ï¼Œè¼ƒé«˜é–‹é—œé »çŽ‡å°ä½Žé »æè€—的影響也需è¦é€²ä¸€æ¥ç ”究。
  新的電機è¨è¨ˆå¿…é ˆè€ƒæ…®WBGè¨å‚™çš„æ½›åŠ›ï¼Œä»¥æ»¿è¶³æœªä¾†çš„æ•ˆçŽ‡éœ€æ±‚ã€‚æ¤å¤–,未來的電機è¨è¨ˆé‚„æ‡‰æœ‰åŠ©äºŽè§£æ±ºèˆ‡æ›´é«˜é–‹é—œé »çŽ‡ç›¸é—œçš„å•題(例如,軸承和繞組的磨æç‰)。
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