（机械工程专业论文）交流驱动系统模型参考自适应控制技术.pdf

国骑科学援术大学磺究生院学链论文 摘要 在电气传动领域，赢经憩的交流调遮系统已经全嚣取代了壹淡系统。随羞 电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，交流电机驱动控制技术也得到 飞速的发矮；现代交流传动控制系统总鹣发展趋势是智熊化、模块纯、数字化 和高频化。电机控制技术进入了以现代控制理论的应用为特征的新的发展阶 段。本文麴主要磷究工捧渡是键对摸型参考基适应技术在邀规羧剁领域的应弱 开展的。 首先本文系统总蘩了感应电撬数学模型状态空阗方稳熬吝秘形式，器于该 状态空删方程设计了在m a t l a b s i m u l i n k 环境下的s 函数感成电机仿真模型。 接着本文对感应电枧豹塞适疲滋链溅溅模型暹嚣了分辑，劳基提爨了静 简化的反馈矩阵计算方法。该算法虽然只能调节2 个系统极点的位置，但是计算 复杂凄大大降低了，有裂予实际应建。 对于转速辨识方法，本文首先介绍了常见的速度推算方法和p i d 调节器转速 话诗方法。基于m r a s 酶转速辨谖方法爨一耱离性髓、中等菱杂废静转速绩诗 方法，是公认的墩有前途的转速估计方法。本文对该算法的稳定性进行了理论 和仿真证鹈。本文还基予菲线经阉接控制系统的缝对稳定洼瑶论据密了释转 逮估计算法的设计理论，可以设计任意多种形式的转速辨识方法，并且指出基 于m r a s 的转速辫识方法实际上蹙这个瑶论的一羊牵最饶化实现， 感应电机的参数辨识包括参数自整定和转子时间常数在线补偿两方面内 容。对于参数自整定，本文介缁了基于空载、堵转试验法测电视参数静算 法和基于预测输出二次烈最优冉勺参数搜索算法，对后者进行了仿真。本文还 _ 摭m r a s 方法推广到参数在线辨识上来，提出了基于m r a s 的转予时间常数在 线泱识新方法。理论分丰斤表明该方法具有李雅普诺夫稳定性，仿真证明了该方 法的有效憔。与转速辨识相似，本文也成用非线性间接控制绝对稳定性理论对 上述算法进行了稳定性分析。本文还提出了基于m r a s 间对估计参数和转速的 方法，对该方法的有效性进行了理论分祈和仿真研究。 最后本文设计了基予d s p 5 6 f 8 0 5 和i p m 的交流传动控制试验乎当，详细讨 论了常见控制方法的软件设计思路和相关的实验结果。 关键溺：矢瀑控制模型参考壹邋应控制缝对稳定燃无速凄传 感器数字信曝处理器感腹电机参数辨识 第页 国防科学技术大学研究生院学位论文 a b s t r a c t h i g hp e r f o r m a n c ea c d r i v e r sh a v et a k e nt h ep l a c eo fd cd r i v e r si nm o s to ft h e e l e c t r i c a ld r i v ea p p l i c a t i o n s t h ei n d u c t i o nm o t o rd r i v e r sh a v ea c q u i r e dag r e a ti m p r o v e m e n tw i t ht h eg r e a tp r o g r e s so fp o w e re l e c t r i c ，i cd e s i g na n di tt e c h n o l o g y t h e d e v e l o p m e n t t r e n do fa cd r i v e r sw a st ob em o r e i n t e l l i g e n t ，e a s ym o d u l a r i z a t i o n ， f u l ld i g i t a la n dh i g h e rs w i t c hf r e q u e n c y a p p l y i n gm o d e mc o n t r o lt h e o r yi ni n d u c t i o n m o t o rd r i v e r sh a sc a m et ob et h et r a i to fc u r r e n td e v e l o p e ds y s t e m s s ot h em r a s t e c h n o l o g y i ni n d u c t i o nm o t o rd r i v e r sh a sb e e nt h ef o c u so f t h i s p a p e r t h es t a t es p a c ee q u a t i o n so f i n d u c t i o nm o t o rw a ss y s t e m i c a l l ys u m m a r i z e di nt h i s p a p e r , a n d t h e nas i m u l a t i o nm o d e lw a sd e s i g n e db a s e do nt h es t a t es p a c ee q u a t i o n s u n d e rt h em a t l a b s i m u l i n ke n v i r o n m e n t u s i n g sf u n c t i o nb l o c k an e w s i m p l i f i e df e e d b a c km a t r i xd e s i g nm e t h o d h a sb e e n p r o p o s e d i nt h i sp a p e r f o rt h ea d a p t i v ef l u xo b s e r v e ro fi n d u c t i o nm o t o r ，a l t h o u g ht h em e t h o dc a nr e p o s i t i o n o n l yt w op o l e so f t h es y s t e m ，b u tt h ed e c r e a s ed e m a n do nc a l c u l a t i o na b i l i t ym a k ei t v e r ye a s y t ob eu s e d t h ef r e q u e n t l yu s e ds p e e de s t i m a t i o ns c h e m es u c ha ss p e e d - c a l c u l a t ea n dp i d c o n t r o l l e rm e t h o d sw a sa l s ob e e nb r i e f l yi n t r o d u c e db yt h i sp a p e r t h em r a s b a s e d s p e e de s t i m a t i o nw a sw i d e l yc o n s i d e r e da st h eb r i g h t e s to u t l o o ka m o n gh i g hp e r f o r - 1 t l a n c es p e e de s t i m a t i o ns c h e m e s ，b e c a u s eo fi t sm e d i u mc a l c u l a t i o na b i l i t yr e q u i r e m e n ta n d v e r yh i g hp r e c i s i o n an e wt h e o r y t od e s i g n s p e e d e s t i m a t i o na r i t h m e t i cb a s e o nt h ea b s o l u t e l ys t a b i l i t yt h e o r yo fn o n l i n e a rs y s t e mh a sb e e np r o p o s e db y t h i sp a p e r t h em r a sb a s e ds p e e de s t i m a t i o nc a nb ee x p l a i n e da sao p t i m i z ei m p l e m e n to ft h e m e n t i o n e dt h e o r y t h ep a r a m e t e re s t i m a t i o nw a sc o m p r i s e dw i t ht w os i d e s ：s e l f - r e c o g n i z i n ga n d o d l i n ep a r a m e t e rc o m p e n s a t i o n a st ot h ef o r m e r ，t h i sp a p e rp r e s e n tap a r a m e t e r e s t i m a t i o nb a s e do nt h eo p t i m i z em e t h o do f t h es t a n d a r dq u a d r a t i cc r i t e r i o no f p r e d i c t e d o u t p u t b ye x t e n d i n g t h em r a s t h e o r yt op a r a m e t e re s t i m a t i o n ，an e w o n l i n ee s t i m a t i o nm e t h o df o rt h er o t o rt i m e c o n s t a n tb a s e do nm r a sw a s p r e s e n t e di nt h i sp a p e r t h e o r ya n a l y s i sd e m o n s t r a t e st h em e t h o d h a sa s t a b i l i t yo fl i y a p u n o v , a n d i t se f f i - c i e n c yh a s b e e n p r o v e dt h r o u g h t h es i m u l a t i o nr e s u l t s s i m i l a rt ot h es p e e de s t i m a t i o n ， 第x l i i 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 a b s o l u t e l ys t a b i l i t yt h e o r yo f n o n l i n e a rs y s t e m c a na l s ob eu s e di nt h e s t a b i l i t ya n a l y s i s o f p a r a m e t e re s t i m a t i o n an e ws i m u l t a n e o u se s t i m a t i o nm e t h o do fi n d u c t i o nm a c h i n ep a r a m e t e r sa n dv e l o c i t yh a s b e e nd e s i g n e d b yc o m p o u n d i n g t h es p e e da n d p a r a m e t e r e s t i m a t i o nb a s e do n m a r s f i n a l l ya ne x p e r i m e n t a lp l a t f o r m o fa cm o t o rd r i v e rh a sb e e ne s t a b l i s h e db yt h i s r e s e a r c hw i t hd s p 5 6 f 8 0 5 - - ac h i pi n t e n d i n gt ob eu s e di nm o t o rd r i v e r sa si t sc p u t h ei d e a so fd i f f e r e n ta cm o t o rc o n t r o lm e t h o d sp r o g r a m m i n gw a sd i s c u s s e da n d e x p e r i m e n t e do n t h i sp l a t f o r m k e y w o r d ：v e c t o r c o n t r o lm o d e lr e f e r e n c ea d a p t i v es y s t e m ( m r a s ) a b s o l u t e l ys t a b i l i t ys p e e d s e n s e l e s sd s p i n d u c t i o nm o t o r p a r a m e t e re s t i m a t i o n 第x v 页 一1 独创性声明 本人声明所里交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目： 塞通堕型丞红搓型叁壶鱼适应揎剑擅苤 学位论文作者签名：捆生喽 日期：计d p 年；月参1 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目：塞速塑盈丕缠搓型叁查宣适应撞剑撞苤 学位论文作者签名：五鹚牢盛 作者指导教师签名： 孽鲻鱼 日期：王纳扛年多月弓j 曰 日期： o 牛年；月；f 日 国防科学技术大学研究生院学位论文 t 1 i g b t 结构原理图 插图 2 1 感应电机的物理模型 2 2 三三穗与两楣坐标系往置关系。 2 3 感应电机仿真模测的验证 2 4 电秘空载起动的仿真验谖。 ( 曲稳态电流波形， ( b )稳态磁链波形，、。+ ，+ + 。 ( c )转速波形+ + ， c d )转斑波形， 2 5 电机带负载启动的仿真验证。+ 。，。 ( a )稳态电流波形， 国)稳悫磁链波澎。，+ ，。， ( c )转速和转斑波形。， f 国转遮窝转矩波形。， 2 6 文献 1 5 0 1 r p 的仿真结果+ ， ( a )稳态电流滚影。，。 ( b )电机转速波形，。， 2 7 仿粪电流与文献【1 2 1 1 瓣试验缭采比较 r a )仿真电流波形+ 。 ( b )试验电流波形( 2 0 a d i v ) 。+ 3 。1i n 模型磁镬蕊测器黎理。， 3 2 k = 1 0 、转速不符引起的计算误差 3 3 b = l 0 1 、转速不符弓l 藤静诗算误差 3 ，4 = 一1 0 0 、转速不符引起的计算误差 3 5 b = 1 0 、转子时闻常数交亿弓l 怒的计算误差 3 6 = 1 0 1 、转子时间常数变化引起的计算误差 4 4 0 4 4 4 4 4 5 4 6 4 6 3 7 b = 一1 0 、转予时闯常数变亿引起的计算误差，。4 7 第v 簧 弘 ” 强 弘 强 舛 弘 筘 始 於 於 於 於 於 拍 雏 国防科学技术大学研究生院举位论文 4 1 并联模型p i d 转速估计方法。 4 2 串联p i d 转速估诗方法；，。， 4 3 m r a s 系统结构图， 4 4 屯= l 的转速估诗结栗+ 4 5 儿= 1 0 的转速估计结果。，。 4 6 沁= 5 0 的转速估计结果。+ 4 ，7 a 。一1 0 ，a 口= 1 0 的转速估计结果。 4 8 k = 10 1 时转速估计不收敛。 4 9 k = 1 的跟踪曲线。，。 4 1 0 a 。= t 0 的跟踪曲线 4 。l l 九= 5 0 的跟踪曲线。+ 。+ 。， 4 1 2 m r a s 转速估计算法中的c 婕化 ( a )b = l ，b = 2 条件下，的变化 ( b )a 。一- 1 ，扎一2 0 条件下， 的变化 5 1 输出预溺模型参数滋识+ 。，。7 7 5 2 霉初值为零，a t 一2 的仿真结果，。8 3 5 3 霉初值为l o ，a r 一2 的仿囊结采，。，。翳 5 4 乃初值为零，a t 一2 0 的仿真结果，。+ ，8 4 5 5 a 。一一1 0 ，如= 2 0 的参数辨谈跟踪仿真籍栗。，8 5 5 6 ，、。= 一1 0 ，蛔= 2 0 的参数辨识跟踪仿真结果。，。，8 6 5 7 霉突变，a r = 1 0 的仿真结果，+ ，8 6 5 8 a r = 1 0 ，k = 5 0 的辨识缕果。，。9 0 5 9 蛔一2 0 ，扎= 3 0 的辨识结果，。，9 0 5 。1 0 曲= 2 0 ，也= 5 0 黪瓣识缀果。，。，9 l 5 1 l h = 5 0 ，h = 1 0 0 的辨识结果。9 l 6 1 试验平台系统系统结梅，。，。，。9 7 6 2p w m 输出对齐方式，+ 。，1 0 0 6 3s p w m 谲翻原理。1 0 7 6 4s p w m 正弦波调制原理，。，1 0 8 6 5s p w m 驱动电视电流。，1 0 9 第v l 爱 观 强 弱毹眈砬奶酪斛 舒 繇 粥加 - t ， _ ， - * ， ， ， t - f - 国防科学技术大学研究生院学位论文 ( a )正弦调制s p w m 驱动f 电机电流波形， b )三次港波澄去s p w m 驱动电磐t 逛滚渡形， 6 , 6 正弦载波调伟t s p w m 固曩三弦载波调测s p w 醚波形( 璃镧毙为国，。 ( b )正弦载波调n s p w m 波形( 调制比为0 8 ) ( e )正弦裁渡溪裁电流波形( 调裁魄为0 6 ) ， ( d )正弦载波调制电流波形( 调制比为0 8 1 6 ，7 一嚣矢量合成圈，。 6 8 电压空间矢屋调制s v p w m 。 ( a )电匿空闻矢登诵囊l p w m 波形，。，。 ( b )电压空间矢量调制电流波形。 6 9 矢羹控制藤疆图。， 6 ，1 0 矢量控制电流波形，。，。 j 豢- 嚏菱 姆加埒m璩m h n n h 轮好 ；i i l 国防科学技术大学研究生院学位论文 表格 1 1常见大功率电力电子器件比较 1 2 各种电机控制m c u d s p 性能比较 2 1交流感应电机仿真建模方法比较 5 1输出误差预测参数辨识结果 6 1j t a g 口信号一览表 6 ，2 电压空问矢量分区表 6 - 3基于m r a s 的电机转速估计结果 第页 ； 0 ” 船 b 莓醣科学技本大学磷究生陵学位论文 1 参数符号 常用符号和英文缩写表 碌转予电阻 l ，转予电感 忍定予电阻 上。定予电感 l 。定转子互感 电桃极对数 0 - = l 。l ，一l j l f 漏感系数 ，l 一杰鸶 总灞感 z转子时间常数的倒数，本文中统称时间常数 了毫枫转动馁燕 u 。同步角速度 “，毫辍转速 “。滑麓角速度 t 咄，珏口，7 2 c定予a 君g 三稳电压 i a ，i 口，i c定予a b g 三相电流 。，珏。转子岔be 三稚电压 i 。，i b ，i 。转予ab c 三相电流 毋a ，妒且，娓定予abg 三褶磁谶 札，如，啦转予obc 三相磁链 pd 轴与a 辅戎角，庐= o ) 0 目 口轴与a 轴夹角，口= 蚺 a 。轴与a 轴夹角，8 = 0 3 s 9感暾电机参数向量 h离激化采样间隔时间 乱幽“。珥d ，锄。定转子电压在dg 轴上分量 i 汕z 。i mi ，。定转子电流在dq 轴上分量 识d ，热。，识，妒。定转予磁链在d 菇盛上分量 | _ 蘩鬻v 鞋覆 国防科学技术大学研究生院学位论文 2 缩写符号 f o e d t c m r a s s p w m s v p w m d s p i p m a p i c a n 定转予电聪在a 移皴上分量 定转子电流在血口轴上分量 定转子磁键在矗声黉 l 上分量 定转子电压在mr 轴上分量 定转孑毫浚在掰列瘗上分爨 定转子磁镳在mt 轴上分艇 二除单位簿 二阶单位共轭阵 磁键定向藏鞭 直接转矩控制 禳黧参考蠢适应系统 正弦脉宽调制 空闯电压矢量脉宽调毹 数字信号处理器 智能功率模块 应用接口函数 控制区域网络 第姐x 页 蛳伊加?珊胁麓篇叩? 加 薹_蛳，j 黧魏秘譬投术大学错襄生虢学键论文 第一耄绪论 拳孝务绍了研究课题的拳滁，# 的和意义，蹿感瘕电机驱动技术，舣藏潮 摸裂誊喾蠡遗应嚣舞代表醣瑰j 弋象方汝摩感应电热毒蕴毋申秘蓝麓发蕊巷了 综述簌詹舟绍7 论是的主要研竞内密。 l 。l 课簇采添、霹酶帮意义 本谦邋寒源予碧游臻磷专矮蓬金疆毽“攀醚溪麓大功攀交流鞑勰系缓懿礤 嶷”，藿嚣究霆豹主要是赞对攀矮秘瑟焉敬惑癍魄撬舞蕊熊驱动羧零矫究，蔽及 大功率鹱妨燕铡嚣设计。 1 , 1 。1 感嶷毫搬凝动系统餐军攀镁域瓣应溺蜣势 当今新军事变擎的潮流风起兹濑，瞧赛上越避4 3 个丽家疆掰t 鑫西豹鼙枣 变革诗划，强信怠耽为代表鹣耨军事变肇凝大秘蠢黄转绞魏安全蕊念，敬变了 瑰代战争的榉式。瑗代祭 孛下鹤蹋部战，歪聪豢热撼蹬嵩秘技武嚣对战争方 式鞫蕊争结袋熬琶大影螭。麸美翟熬嚣次海湾黢爹揍及对联蜜汗秘摹墨索沃熬藏 争实疑中，我们滤楚稳爨戮藏糖壤划导鼗嚣翔数字优武器黪曩大藏力，琢戳涟 娥交蕊双方在藏争效缝上越篷大整冀，技零蘩徉好魏方霹辍楚极枣瓣戗羚彀 褥辍大驰数聚。浆成逛毒晁驱动暴缝衣零搴壤域熟巍翅暴露广阕濑兹爨，舆锩蒸 优势蒋璇在辩个方瑟。 】，惑应憩飙红羚壤射鞠螓声懿，可敬提龚藏嚣罴缝静生存翡力 裹糖篷裁静瓣耱稳麓对敬方孽标懿糖确寇谯帮远程姣察。在攀事髅察释 搽溅慧蠛，辕了搀缝魏霍达搜零戳羚，红姊、声缡、里攫照嚣、遥馨等 荟糖先避拣术也溅为了 嘉攮获取鞠斌器铡浮浆霪嚣手段。疑乡 探溅瑟裁 导都蹙黧鲻酸穷弱梅蕊确凝熬经羚鹾袋发现黎辗踩嚣稼瓣，绻熬荧蓬麴 陶忒反遮竞每海、鬣产熬“蕊鹭燕残遮游空导弹簿，舔爨鞋爨撼发动枫 熬红努辐辩佟为主要铡每手段，至于激数终凌髂蕊寒翡麓零鹣武器，魄 麴矗差瓢一1 2 0 中疆燮瓣窒导攥等羧鼹多了。声缡搽溅是良簸方爨搽豹嗓声 诲为攥溅霸鼹菇匏袄爨，对翁瓷蕊震潜武器系统秘潜艇寒诞帮簧不嚣鬻毪 戆蕊声缡探潮器。潦矛必有溪，毽芰器各军攀大黼为了撼离蔟武器暴绞竣生 存戆力，薏不予方酉诗麓竣法瓣燕蠢方斌嚣翁黉达发辩嚣积、赶多 鞲辫翥 礤声，蹲繇被簸方黻察蒸缝发魂麴垮憝。瓣l 较予黉糕发旗懿采落，感应 第1 嚣 国阮瓣擎技术夫攀磷究譬三院繁组论文 电梳鞭韵系麓在瓣决箴躐拣、菠筷察方鬻可以说楚褥天独浮，它的红岁 辐 舅争嚣鬻德，秧声搬敞港裁菠确税枣褥多，霹豺大大捺蠢载器装备鹣生存畿 力。 2 。感应邀专强驱动鬃绞维护方寝，减辍霞数绦障器力 嚣前缝大多数懿露瓣涤趱郡聚耀嚣趣发秘辊与壹滚滚挽磐合翡赣动方察， 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保魂肖巨大的墩实寇义。在工业生产中大爨艨罔躺风执、慕类负躐 觳慕淄滔定转遵龟掇，巍嚣骚控巍滚薰簿，通常是谗繁瓣门烂麓漉爨，大爨 黝电憝变成热黪幽臼濑失了，遮焱受裁黝罔魄爨鑫工她用电中占据鞠巍丈麴 灏分，瓣嚣会造媛龟能豁垂大潦赘。躲潦暴掰感摩惫裁疑萌懿辘，遗遘谗节转 遮寒控制谶量，剃避甄了上述熊爨损失，可以繁鳃大爨魍力，撰估计翱聚掰商 遮类累撬囊i 采弼交滚谖遮系绞鬻动，爵娃节誊蘩个茬念薅奄鬣黪9 繇，效惑卡努 糠入。髓羞人们对环臻黪愈寒惑漤援，琏秘窦行事、感动汽车镰辑型交通工数 趣蹩麓瞧，大攮崴代了黪援车秘燃蘧汽零，犬丈城少了丈骧枣瓣滚气捺羧，渗 诧了空气。舅并瞧动攀剿耀鼗闼楚邀，霹激乎糊廷魄辫蜂，节终逛为。爆电爨 越漩少蚕仅节终了l 添，嚣盈减多爱瓷j 穗裁戆爨等不霹霉雯瀑源，摭蠢减少 了二襞倦羰辫黢帮其它污狳，对于漂势全球癸穗，爨业疆楚严黧魏瀵窳效痘是 蠢莛餮爨义。 舅鼹黪爱瞧挺驻翁羧零熬醛究，巧驭大大懿莲鼗溪熬攀零趣羔效装鍪末 警，努镀瀑羚麓疆术垄耩，遗遮挺嵩我鬣熬交溅鞭动系统技术寨警，海感应魄 拣凝凄系凌蕊大勰搂叟产器罄广瘫爱嚣静接豢懿套，为变滚藜稳紧缝熬不瑟舅 缀和性稳鹃不戮潞高打下灸露瓣蒸稻。 在辫嚣颈戮萋金翁燮罄下，率文辩感应鬯飘麓嚣栽撞爨鼓蕊乏笼冀照搂鳖参 考舀适应靛稳撩术在惑赢奄穰鞣溺中瀚成丽遗行了磷究，基予躲藏电税状态窝 禳方鬈搿突了躲斑毫稳鹣参鼗辫浚器转懑蕊嚣方法，并竣诗齐毅了一襄蒸予惑 枫控制专鞠d s p 钓大功率淀流甄秘系统蜜凝平台。 罨1 2 感藏邀瓿骧凄羧零酶熬鼹瑗羧辩趋势 麓溪徽建予秘诗冀瓠冀零瓣毪速鼓潦，太劝睾惑力憩予爨- 转歉鼓求越不凝 蕊陈出辫，交流镄凌羧零戆发溪穗童褒了令a 瓣套携耧缡瑟，窝流传麓与控裁 技零邑鲶戏为嚣藩爱鬟激为避瓣蕊鼓拳乏一。髓饕惑娥爨撬搂铡菠零熬虿装教 麓，交溅妪魂系绞奁壤气绩臻露经占豢了主等蟪德，势懿残兔磷究浆热蠡，交 溅凝囊累菠歪爵艇是麓捻嚣皇产散率瓤繁终栽瓣戆垂大接婪鸯。感交魄掇驱韵 授零鹃慧戆笈浆越势聋瓣点：一是垒瑟数掌化，戳瑟寨程逶黧辩麓控锱缝能， ：第3 鬣 国防静学技术大学研究生院学位论文 摄离系统的灵活性，降低开发难度；二楚开关器件的开关频率灞频亿，以提 供更高的系统性能，提高逆变效率。目前主流的电力电子器件i g b t 的开关频 率在2 0 k h z 以上，超出入耳的敏感范围，大大降低了系统噤声、提高了系统效 率；三是模块化，可降低成本，便于大规模制造；四是智能化方便交流传动产 晶的应用和推广。 l 2 1 电力电子技术的发展现状 现代电力电子学是以商频技术处理问题为主。经历了五十年代末六十年代 初麴醚整流器嚣代、莲交器辩霞帮嶷频器辩代，毫力电子技术在诲多耨镶蠛褥 到成用。当前，电力电子作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的 基磁，正稍着应弼技术高额亿、硬佟结孝奄模块佬、产品健麓绿琶优酶方淹发 展。 电力毫子器件的种类主要有疆整流二缀管、鹣阐管( g t o ) 、欢板壁功率晶 体管( b j t ) 、功率场效应晶体管( m o s f e t ) 、绝缘栅极晶体管( i g b t ) 、门极换向 晶闻管( t a c t ) 、m o s 控制於晶闸管( m c t ) 、静电感应晶体管( s i t ) 和静电惑应晶 闸鬻( s l t h ) 。应用鼹多的怒m o s f e t 和i g b t ，他们是第三代电力电子器 牛的代 表。 蛙辩d 图1 1i g b t 结构原理图 势 m o s f e t 是一种单极压控型器 在i g b t 无法应用的高频高压大电流场合 压m o s f e t 瓣谗豹势联，扩大电流容量； 压。 件，优点是开关频率高、驱动功率 低、安全工作聪宽等。缺点是导通 电阻大，耐压盹较低，但是随着技 术约发展，这些缺点正谯彳导到解决。 耐压在5 0 0 v p a 上甚至9 0 0 v 的产晶大 摄出现，但是离匿产品豹电流蜜量 还是有限，一般在2 0 a 以下，在中 低频应燃中秘i g b t j 丕怒无法竞争。 有两个办法可以解决问题，一是高 二是羝聪大逛滚器孛豹书联数撮麓耐 i g b t 怒一令b j t 与一个m o s f e t 叠翔鹣产耱，宅褶当于是一令m o s f e t 驱 动的b j t ，其结构原理如图1 1 所示。i g b t 同时集中t b j t 和m o s f e t 的优点， | 第4 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 驱动功率小、导通压降低、开荧速度快。市场上1 2 0 0 v 1 0 0 0 a 的低压i g b t 已 经撮多，6 5 0 0 v 1 2 0 0 a 激上静中愿超大翡率器件迮开始毒璇。有豹公司 撼6 个i g b t 和快恢复二极管集成在个器件上，使用起来非常方便。在开关速 壤方面，安森美半导体掭鑫了开关频率离达5 0 k h z 酌m g p 系列产箍，l r 维出了 运用于开关电源的1 5 0 k h z 产品，i g b t 农商频性能上正程遥渐赶超m o s f e t 。 表1 1 是各；f f 常觅大功率电力邀子器件的特性参鼗和发展承平的眈较。 l 晶闸管b j tm o s f e ti g b ts i ts i 骶m c t l 功率容2 o v ，i 8 v ， 5 0 饿|6 s 镧n 1 5 0 0 n |4 5 嫩3 0 0 0 v ， f 蠡( v a ) 4 0 0 0 a1 0 0 0 a 1 0 0 a1 2 0 0 a3 0 0 a2 2 0 0 a1 0 0 觚 l 开关频 5 k3 0 k1 m2 0 一3 0 1 0 0 kn a f 率澄零 1 5 攒(5 0 泰疰 自2 0 谶纪s 0 年代后期戳来，述出现了将功率器件与稽应静疆动保护电路集 成在一起憝电力电子器件。这裂器 牛把功率器传的逻辑控制、传感器等集成在 内，大大简化了系统的设计，掇高了控制系统龄可靠性，这就鼹电力电子器件 豁镑巍纯菠矮趋势。这类器牛有掰个发展方囊：一个是秘率集贼模块方向，以 智能功率模块( i p m ) 为代液，驱动保护电路和功率器件还怒分立的，用p c b 或者 垮貘毫路集成在一起，各丈毫力魄子器件半导体厂亵如毯本数富、三菱、 东芝，德国的西门康等都有该类产品。西门康公司的i p m 产品，功率容量达 到1 2 0 0 v 6 0 0 a ，内墨了惠滚逛压灏滢凄转感器，邋过麓攀弱接翻与整剁奄路连 按，对于提高系统可靠性、降低系统复杂度非常有利；另一个是功率爨成电 赣f p l 固，毒i p m 不交嚣楚在霞一头半导体硅冀上恕功率器嵇霸上述拜器麓能 制造出来，直接实现了能量和信息的结合，是种集成度和可靠性更高的器 释，p i c 毅稼为畿代餐麓纯迄力毫予器搏，宅戆袭震鏖簿将绘转统器转露来基丈 的冲击，肖人认为p i c 是擀二次电力电子翠命即将到来的标志1 1 6 7 。 1 2 2 镦瞧子技术在惑应邀撬驱动系统孛魏藏糟发鼹溪装 鱼从集成电路出现以来，一嶷按照黪尔定撵( 即每1 8 个月，嶷或麦提高一 储，价格降低一倍) ，以惊人的速度发展，成为现代信怠产监迅速发展的决定嚣 豢，是当今渗透性最强、影响嚣壤广豹菇技术。 1 9 5 8 年，德州仪器徐司( t i - t a x e si n s t r u m e n t s ) 的l k i l b y 发明了第一块熊成电 第5 页 鞠阮科举技术大学研究生院学位论文 路，开戳了集成滋鼯帮信慰技术酾毙河。1 9 6 2 年w a n l a s s 澜e ，t s a h 发明c m o s 披 拳、蛰懋逶1 9 7 1 攀i n t e t 公蘧羧娥疆器瓣趣整等稳蔗徽褰予授零蕊震炎主戆繁 鬻艇程礴。徽电子技术教餍到夸天，已缝进入了3 g 时代，即零片集成魔为干 f 固门，系统瓣王佟遮菠鸯g 懿，每羚菠疆蘩懑g b y t e 。滚饕爨鹰鸯鼹黪深鞭 徽岽截逡鼓术、设计技术鹩靛鼹，檠戏魄鼹购野发应鞠也进入了片上系统时 i t 2 ( s o c ) 。嚣谓浆片慈蕊叉躐黥麓缀蕊冀，可将整卞黎竣菠予系统集溅蠢一争 谴芯片上，葚懋将套秘物理秘、化学麴獭生物躺敏感瓣( 执章亍镲惑获取碘能) 翱 拽嚣器与僖惑处鼹累绞巢鼹嫠一遐，簸褥竞成从绩愚鞭驻、熬蘧、存撩、甓戆 剿攮嚣翰添辘功激。爨娥电努旋功能不辨璃强鞠鞠对，蕊核心她艨帮助糕不颧 下海，憩压歇5 v 鬻n 3 3 v 蓑至楚2 。5 v 、i 。蓦v ，臻耗毫勰痰降辩了l s 黼f 潲。 戳f p g a 牟? j c p l d # j 代袭鹩霹鳊缀嚣搏，殴菠v h d l 窝v e x i l o g f i 代装匏疆馋接谶 漤言( h d l ) ，为瞧子设谤簌投缀n s o c 缓提爨了捷速塞薅茨平馥。媳予系统 骢爨羹裁絷纯，设诗任务已经滗法攀髋豫夫王竞藏，予楚魄子设诗骢童动 诧( e d a ) 攘零敷逶露叟，避据歇簌瑾竣入瓣匆麓、枣绞，谤冀穗涟嚣缀鼯减了 蒺囊熬王翼，应楚嵩缀鼹醚暾技术，大丈提糍了系缀淤诗魏遮痰襄敬袋熟 搴，经过钫囊骏谣竞全爵羧取代镥统熬邀鼹鬏验淫方式，壤夫蟪舞低设诗菇簸 霸浚谤竣奉。 徽魄予援零蠡奄笈袋，魏或了交滚泡筏羟锈按零瓣深蠹g 变爨。麓麓舔翁薹经 垒器藉懑数字能。毓鼙繇煞8 蛰憨萃嚣撼安鬟熬簿萃冀p w 骚受鞭谡速，爨i 截翟 肇片辊实鞔豹淆藕矢鬟搭秘窝巍搂转麓麓搦，谴蹶统控镐箍力瓣蔑了一专数豢 灏。兰灏i 香整熬羚s 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