本发明专利技术涉及低电感、高效率的感应电机及其制造方法。具体而言，提供了一种电驱动系统，包括：感应电机(60)和功率变换器(58)，功率变换器(58)电联接至感应电机(60)以驱动感应电机(60)。功率变换器(58)包括多个碳化硅(SiC)切换装置(72-82)。该电驱动系统还包括控制器(114)，控制器(114)电联接至功率变换器(58)，并且被编程为用以将切换信号以给定的切换频率传送至该多个SiC切换装置(72-82)，使得峰-峰滞流小于大约5％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术的实施例大体上涉及具有低漏电感的感应马达，更具体而言，涉及一种用于通过提供包括碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的功率变换器来设计低电感、高效率感应电机(induction machine)的方法和系统。
技术介绍
感应电机通常使用带有活性硅切换装置的功率变换器来驱动。切换装置通常使用脉宽调制(PWM)技术来操作，以便将直流供电电源转变为可用来驱动感应电机的交流电源。在PWM中，使用一系列直流脉冲来驱动切换装置。当突然从功率变换器在电感负载上施加电压时，通过负载的电流随时间几乎线性地增加。当随后关闭电压时，通过负载的电流不立即降到零，而是随时间大致线性地减小(随着电感器的磁场衰减)，并且电流在续流二极管中流动。因此，由功率变换器施加到负载上的输入电压脉冲表现出锯齿状的电流波形。 输出电流的变化通常被称为滞流(current ripple)。滞流通常是不期望的，因为它耗费电感器内的能量，并且可在负载中引起不需要的脉动。滞流产生不期望的EMI和机械振动，并且在马达内产生谐波损耗。谐波电流流过定子导体和转子导体并引起谐波铜耗，并且谐波磁通将其自身限制在铁芯表面，并在定子齿和转子齿内产生谐波铁芯损耗。滞流越大，感应电机的电流波形的质量越低。滞流主要是由于PWM电压波形中包含的谐波。对于给定的直流母线电压，滞流主要取决于功率变换器的切换频率以及机器的瞬态电感或漏电感。公式1表示作为机器峰值基本相电流的比率的机器滞流系数。1 V TKipple = -~"“^公式 1max "^σIfflax为峰值基本相电流(A)，Vdc为直流母线电压(V)，Ts为切换时间(s)，L。为电机瞬态电感(H)。如果感应电机的一个相的漏电感成比例地较大，则滞流一般将较低，而不论功率变换器内的切换装置的切换频率如何。因此，感应电机的漏电感越高，输出电流波形越逼近理想波形。因此，感应电机通常设计成具有足够高的漏电感以保持低滞流。然而，将机器设计成具有较高漏电感具有多个缺点，其中包括降低机器效率和降低机器通量弱化能力。此外，增加的漏电感经由电力系统中的线路缺口注入谐波。对于许多应用来说，与特定相相关的漏电感成比例地较低。这种低漏电感意味着， 对于相同的载波频率，滞流将高得多。高滞流潜在地注入不可接受的噪声量到马达内。如果滞流足够高，则可导致输出在其指定特性以外工作。例如，在电动马达的情况下，增加的滞流导致对机器的转矩和转速的控制降低。当滞流足够高时，由于不在其合适的电流范围内操作，马达可完全失效。提高的弱磁能力是例如在牵引应用中使用的感应电机的重要特性，在其中，对于在感应电机角点(corner point)以上的速度，希望驱动器和感应马达在较宽的速度范围内以恒定或几乎恒定的输出功率操作。以低于角点的马达转速操作常常被称为在“恒定转矩” 区域中操作，而在感应电机的角点以上操作常常被称为在“恒定功率”操作模式下操作。通常，低漏电感感应电机设计允许在超出感应电机的基本转速3倍的转速范围内进行“恒定功率”模式的操作。 因此，希望设计一种感应电机，其保持优质的电流波形并以低漏电感工作以增加机器效率和提高机器的通量弱化能力。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，一种电驱动系统包括感应电机和功率变换器，功率变换器电联接至感应电机以驱动感应电机。功率变换器包括多个碳化硅(SiC)切换装置。该电驱动系统还包括控制器，该控制器电联接至功率变换器，并且被编程为用以将切换信号以给定的切换频率传送至多个SiC切换装置，使得峰-峰滞流小于大约5%。根据本专利技术的另一方面，一种制造电驱动系统的方法包括下列步骤提供具有给定漏电感的感应电机；以及提供具有多个SiC切换装置的SiC功率变换器，其中，SiC功率变换器可联接至电源。该方法还包括提供控制器的步骤，该控制器被编程为用以将切换信号以一定速率传送至该多个SiC切换装置，该速率使能由于感应电机的给定漏电感产生的滞流最小化。此外，该方法包括将SiC功率变换器联接至感应电机以驱动感应电机以及联接至控制器的步骤。根据本专利技术的另一方面，一种交通工具驱动系统包括功率变换器，该功率变换器电联接至感应马达以驱动感应马达。该功率变换器包括多个SiC切换装置，并且感应马达设计成具有给定漏电感。该交通工具驱动系统还包括控制器，该控制器被编程为用以向该多个SiC切换装置发送切换信号以造成SiC切换装置以一定速率切换，该速率使由于感应马达的给定漏电感产生的滞流最小化。根据各种其它特征和优点从下述详细描述和附图将变得显而易见。 附图说明附图示出了目前构思到的用于实现本专利技术的实施例。在附图中图1示出一种常规的感应电机驱动系统。图2示出根据本专利技术的一个实施例的低电感、高效率感应电机驱动系统。 具体实施例方式图1示出一种常规的三相感应电机驱动系统10。系统10包括提供直流输入电压的直流链路(DC link) 12，直流输入电压被转变或逆变为向交流感应电机14供电的交流波形。输入滤波电容器16联接到直流链路12上以用于在直流链路12上过滤电压VDC。当功率从直流链路12流至交流感应电机14时，功率变换器18从直流链路12接收输入电压。 这种功率流向常常被称为在“马达驱动”模式下工作。当电能的流向为从感应电机14到功率变换器18时，功率变换器18的输入电压为来自感应电机14的交流电，而自功率变换器 18的输出为直流链路12上的直流电压。功率从交流感应电机14流到功率变换器18的情形的操作常常被称为在再生制动模式下操作，该模式可用于例如希望在下坡道上或当交通工具减速时保持给定的速度值时的交通工具中。功率变换器18为每相支路具有两个串联切换装置的典型三相逆变器。例如，装置 20和22形成第一相支路，装置M和沈形成第二相支路，装置观和30形成第三相支路。 装置20-30为常规硅半导体切换装置，例如像硅IGBT、M0SFET、硅双极达林顿功率晶体管、 GTO、SCR或IGCT型装置，这些装置具有不超过15-20kHz的切换频率(取决于感应电机14 的额定功率)。二极管32、34、36、38、40、42以反平行关系联接到对应的硅切换装置20-30 上。图2示出了根据本专利技术的一个实施例的感应电机驱动系统44。驱动系统44包括具有直流源电压Vs 48的直流链路46。驱动系统44还包括提供直流源电压Vs 48的电源50。 在一个实施例中，电源50包括交流源M以及被配置成将直流源M的电压转变为直流链路或源电压Vs的整流器52。在另一个实施例中，电源50包括直流电源M，例如电池、燃料电池或带有相关功率电子变换器的飞轮。在还有另一实施例中，电源50包括直流电源M，例如电池、燃料电池、超级电容器或带有联接到双向直流-直流电压转换器52的相关功率电子控制器的飞轮，其中直流-直流电压转换器52将源电压升压至直流链路或源电压Vs。直流链路46将直流输出电压Vdc 56供给至驱动感应电机60的功率变换器或逆变器58。输入滤波电容器62被显示为在正直流轨道64和负直流轨道66之间，并用来为来自电源50的高频电流提供滤波功能，以确保正轨道64和负轨道66之间的功率质量。感应电机60包括定子68和转子组件70。根据本专利技术的多个实施例，感应电机60 可以是例如具有鼠本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·F·艾尔雷菲，R·D·金，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：
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