基于碳化硅功率器件的新一代高效高可靠变频器

发布日期:2022-07-04 09:40 来源:芜湖市产业创新中心 浏览次数:

项目持有方:哈尔滨工业大学

 

项目简介:

主要研究内容:

与传统的硅功率器件相比,碳化硅功率器件具有关断拖尾电流极小、开关速度快、损耗低、耐高温的特性。采用碳化硅功率器件开发变频器,能提高功率密度,缩小装置体积;提升功率变换器效率;提高开关频率,缩小滤波器体积;确保高温环境下运行的可靠性;还易于实现高电压大功率的设计。随着对变频调速系统对能效等级和可靠性要求的日益提高,传统的硅功率器件已难以满足一些工业传动场合的应用需求,基于碳化硅功率器件的高效高可靠变频器将是下一代电机驱动产品的发展方向。目前国际著名品牌丹麦的丹佛斯公司已开发出了碳化硅变频器,国内几个著名的变频器公司也在加快该方面的技术研发。

申请人所在课题组在电驱动与电推进技术、电力电子变换器技术、新能源发电技术等研究领域一直保持国内领先水平,特别是在交流电机驱动控制、交流伺服系统领域取得了诸多国际领先成果,受到国际同行的高度认可,研究成果被应用于西门子、罗克韦尔、深圳英威腾、上海新时达、广州数控等工业产品中。目前课题组对基于碳化硅功率器件的变频器研究正处于起步阶段,后期将投入更多的人力和物力加快研发进度,以尽快实现产业化。目前课题组在变频器研究掌握了以下关键技术:高性能矢量数字控制技术、无速度/无位置传感器控制技术(实现包括零速/零频及高速的全转速范围控制)、参数辨识技术、死区补偿技术、故障诊断及冗余控制技术等。这些技术将为本项目的研究奠定坚实的基础。

应用领域:

变频器是一种理想的节能调速手段,可以直接进行调控,由于这个优越性,变频器已广泛应用于工业生产及日常生活中。包括:石油、化工、电动车、纺织、机械、注塑、通风、泵、建材、电梯、供水、中央空调及家用电器等领域。基于碳化硅功率器件的新一代变频器将实现具有更高能效等级的电机驱动系统,并显著提高系统的可靠性,使用寿命更长,将在上述应用领域中逐渐取代基于硅功率器件的变频器。

未来前景(预计 3~5 年的产值):

宽禁带半导体材料碳化硅是国际公认的第三代半导体材料,被列入国家中长期科学和技术发展规划,是符合国家长远利益和国家发展战略的信息功能材料之一。

利用碳化硅制作的电力电子器件可以在高电压、大电流、高频率环境下工作,性能优势非常突出。“推进碳化硅、氮化镓等下一代功率半导体器件的研发和产业化”被列入《中国制造 2025》发展重点。将碳化硅功率器件应用于电机驱动和新能源发电等场合,能够显著减小系统的体积、重量和成本,降低损耗并提高功率密度,突破硅基半导体功率器件在电力电子系统应用瓶颈。未来五年将是碳化硅相关产业的上升期,据保守估计,3~5 年内碳化硅变频器产业化后预计可实现年产值不低于 2000 万元,具有很好的发展前景。

 

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