【摘 要】
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永磁同步电机具有高效率、高功率因数、高功率密度等优点,被广泛应用于电动汽车当中。提升转速是增加电机功率密度的有效手段,车用电机高速化是必然的发展趋势,因而高速永磁同步电机正受到越来越多的关注。为了充分发挥高速永磁同步电机的性能,需要采用能够适应高速电机小电感、高基频特点的高开关频率逆变器。Si C功率器件开关损耗小,基于Si C功率器件的三电平逆变器输出谐波小、对电机绝缘损伤小,适合应用于高压架构
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永磁同步电机具有高效率、高功率因数、高功率密度等优点,被广泛应用于电动汽车当中。提升转速是增加电机功率密度的有效手段,车用电机高速化是必然的发展趋势,因而高速永磁同步电机正受到越来越多的关注。为了充分发挥高速永磁同步电机的性能,需要采用能够适应高速电机小电感、高基频特点的高开关频率逆变器。Si C功率器件开关损耗小,基于Si C功率器件的三电平逆变器输出谐波小、对电机绝缘损伤小,适合应用于高压架构的电动汽车当中。因此,本文以电动汽车为背景,围绕高速永磁同步电机,研究基于全Si C三电平NPCⅠ型逆变器的驱动系统,具体包括Si C功率器件特性、NPCⅠ型三电平逆变器的双脉冲测试方法、转速环负载扰动抑制策略等。本文主要工作如下:（1）从静态特性和动态特性两个方面,对比分析了Si C MOSFET和Si IGBT,总结出Si C器件的优势与实际应用中存在的问题。借鉴两电平电路双脉冲测试思路,针对NPCⅠ型三电平拓扑结构,提出了一种双脉冲测试方法,通过实验验证,该方法能够在不改变硬件电路连接的情况下,对所有换流回路中器件的动态特性进行测试,从而提高测试效率。（2）分析了NPCⅠ型三电平逆变器的工作原理,研究了一种基于参考电压矢量分解的三电平SVPWM算法。分析了中点电位不平衡问题,采用零序分量注入法对中点电位进行平衡控制,通过MATLAB/Simulink进行验证并给出中点电位完全可控的范围。（3）分析了高速永磁同步电机的数学模型,研究了id=0矢量控制策略。针对永磁同步电机转速受负载扰动影响较大的问题,提出了基于虚拟阻尼的负载扰动抑制方法。通过抗扰性能指标的计算,从理论上证明了该方法的有效性。搭建了仿真模型进行验证并给出实验验证。（4）设计硬件电路与软件程序,搭建了基于全Si C三电平NPC逆变器的驱动系统。进行了NPCⅠ型三电平逆变器的双脉冲测试及连续运行实验,之后结合高速永磁同步电机进行系统联调,完成了id=0矢量控制实验及基于虚拟阻尼的转速环负载扰动抑制实验,以验证本文的理论分析。
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