碳化硅功率器件加持,偉創(chuàng)電氣驅(qū)動器帶來怎樣的黑科技

文:組編/劉娟2022年第六期

導(dǎo)語:為大力推動高效電機(jī)應(yīng)用,偉創(chuàng)電氣已專門成立高效能源SBU,目前已與行業(yè)內(nèi)多家電機(jī)廠家達(dá)成戰(zhàn)略合作關(guān)系。近期,本刊采訪偉創(chuàng)電氣研發(fā)中心副總監(jiān)何承曾,請他從工業(yè)能效提升、碳化硅(SiC)功率器件優(yōu)勢、以及偉創(chuàng)電氣碳化硅(SiC)驅(qū)動器的應(yīng)用等方面進(jìn)行解讀。

  蘇州偉創(chuàng)電氣科技股份有限公司(以下簡稱:偉創(chuàng)電氣)提前布局高效電機(jī)領(lǐng)域,已掌握異步感應(yīng)/永磁同步/同步磁阻電機(jī)的矢量控制技術(shù)、電機(jī)高頻注入控制技術(shù)、電機(jī)參數(shù)辨識技術(shù)、高速弱磁等關(guān)鍵核心技術(shù);在產(chǎn)品性能方面,該公司變頻器產(chǎn)品在支持的電機(jī)類型、開環(huán)矢量控制性能、閉環(huán)矢量控制性能、電機(jī)參數(shù)學(xué)習(xí)等技術(shù)指標(biāo)上,與國內(nèi)同行業(yè)上市公司處于同一水平。

偉創(chuàng).png

 
  工業(yè)領(lǐng)域能源消費約占全社會能源消費的65%,是節(jié)能重點領(lǐng)域和主戰(zhàn)場之一。6月底,工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、財政部等六部門聯(lián)合發(fā)布《工業(yè)能效提升行動計劃》,提出至2025 年,規(guī)模以上工業(yè)單位增加值能耗比2020年下降13.5%,新增高效節(jié)能電機(jī)占比達(dá)到70%以上,新增高效節(jié)能變壓器占比達(dá)到80%以上,將在重點用能行業(yè)遴選100家能效“領(lǐng)跑者”企業(yè), 探索創(chuàng)建10家超級能效工廠。能效等級高,可靠性強(qiáng)的變頻器以及電機(jī)控制算法將迎來新的增長空間。

  更高效、節(jié)能的半導(dǎo)體材料——碳化硅(SiC)

  經(jīng)過近20年的發(fā)展,變頻調(diào)速系統(tǒng)已廣泛使用在工業(yè)場合,雖然傳統(tǒng)硅基功率器件在其低損耗,高開關(guān)頻率,高功率密度特征上持續(xù)提升,但是由于自身特點的限制,在部分溫度高,安裝體積緊湊,電機(jī)電磁噪聲敏感的工業(yè)傳動場合,已無法適應(yīng)高功率密度、高溫環(huán)境、低電機(jī)噪聲控制的應(yīng)用要求,在一定程度上進(jìn)入發(fā)展瓶頸期。

  伴隨新材料、新工藝的日益發(fā)展,被譽為第三代半導(dǎo)體材料的碳化硅功率器件,逐步走進(jìn)行業(yè)內(nèi)開發(fā)與從業(yè)者的視野。碳化硅功率器件具有高電壓、大電流、高溫、高頻率、低損耗等優(yōu)勢。具體表現(xiàn)為,相較于傳統(tǒng)的硅功率器件,其禁帶寬度為1.12eV,工作溫度局限在175℃;而碳化硅功率器件禁帶寬度為3.26eV,具有較寬的帶隙,工作溫度可高達(dá)200℃。

  在能量損耗方面,相較于同開關(guān)頻率硅功率器件,碳化硅功率器件可以減少50%。其次,碳化硅功率器件還具有較高的熱導(dǎo)率、高擊穿電場強(qiáng)度、高飽和漂移速率、高熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性,其擊穿電場強(qiáng)度比同類傳統(tǒng)硅功率器件更高,從而降低了對系統(tǒng)熱預(yù)算的要求,因此更適用于高頻、高壓、高溫等工作場景中。何承曾談到,偉創(chuàng)電氣基于碳化硅功率器件的特性,所研發(fā)的變頻器支持開環(huán)矢量和閉環(huán)矢量兩種控制方式,載波頻率達(dá)到100kHz, 輸出頻率達(dá)到10kHz,采用電機(jī)諧波電流控制技術(shù), 優(yōu)化轉(zhuǎn)矩脈動控制,實現(xiàn)更低電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動及電機(jī)電磁噪聲, DPWM /CPWM智能切換動態(tài)載波調(diào)制,力求能耗與性能的最優(yōu)權(quán)衡。

  其次,在功率器件死區(qū)時間控制方面,偉創(chuàng)變頻器最小死區(qū)時間控制在300ns左右,大幅提升輸出電壓利用率,與同類產(chǎn)品相比提升10%。

  此外,該變頻器全功率段采用單管及單管并聯(lián)方案,以獨特軟/硬件配合動態(tài)控制方法,實現(xiàn)單管之間有效均流,在功率器件異常情況(過流,短路)下快速保護(hù),通過對變頻器中功率器件驅(qū)動參數(shù)優(yōu)化,器件與結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化,解決變頻器實際使用過程中(由于功率器件高du/dt產(chǎn)生的變頻器自身及配套使用設(shè)計) 的電磁干擾問題。


  偉創(chuàng)電氣碳化硅驅(qū)動器,應(yīng)用潛力廣泛

  電動汽車、氫能源、智能電網(wǎng)、核電、太陽能、風(fēng)能等能源領(lǐng)域以及船舶、海工、航空、航天、高速軌道交通等技術(shù)的不斷發(fā)展,對功率器件的性能提出了更高的要求。據(jù)了解,偉創(chuàng)電氣碳化硅功率變頻器在結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝日趨完善的前提下,已挖掘出材料本身所決定的理論極限,在應(yīng)用功能上可替代第二代半導(dǎo)體材料硅,滿足未來更高需求,將在工業(yè)界獲得更廣泛的應(yīng)用。從具體市場反饋與接受度來看,何承曾指出,偉創(chuàng)電氣第一

  款碳化硅驅(qū)動器是公司為某行業(yè)龍頭企業(yè)定制化設(shè)計, SiC器件使用英飛凌FF11MR12W1M1_B11 模塊件方案,目前已完成中功率及小功率多款機(jī)型開發(fā),在客戶端裝車試驗,碳化硅能提供更加高效節(jié)能、體積緊湊的電子核心器件,具有強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。隨著環(huán)保壓力增大和能源趨于緊張,新能源汽車作為關(guān)鍵方向日益受到重視,其中氫燃料電池電動汽車以其零排放、高能效、續(xù)航里程長、加注燃料時間短等優(yōu)點,被認(rèn)為是新能源汽車發(fā)展的重要方向之一,而燃料電池專用空壓機(jī)(由于轉(zhuǎn)速高,體積小)一直是攻克的關(guān)鍵技術(shù)難點,偉創(chuàng)電氣針對燃料電池空壓機(jī)電機(jī)控制器應(yīng)用所研發(fā)的高速驅(qū)動器產(chǎn)品,其控制精度高,響應(yīng)速度快,保護(hù)功能完善,為客戶提供完美的系統(tǒng)解決方案。

  擺脫國外供應(yīng)商依賴瓶頸,偉創(chuàng)電氣貢獻(xiàn)行業(yè)力量

  近年來,新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,成為硅功率器件市場擴(kuò)展的重要推動力。碳化硅功率器件已經(jīng)迅速進(jìn)入新能源充電樁、車載充電器、電機(jī)控制器等應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在電機(jī)控制器方面,使用碳化硅功率器件,可以將電機(jī)控制器體積縮小80%、重量減輕70%,最高效率達(dá)到99%,這些優(yōu)勢將有效地提升新能源汽車的續(xù)航能力、空間利用等關(guān)鍵性能指標(biāo)。

  此外,碳化硅驅(qū)動器可以通過提高運行載波,節(jié)省輸出濾波裝置或縮小電機(jī)體積等方式,有效改善現(xiàn)有高速電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品的痛點。隨著高速空浮、磁浮電機(jī)的應(yīng)用普及,碳化硅驅(qū)動器憑借技術(shù)的優(yōu)勢將迅速占領(lǐng)該類產(chǎn)品應(yīng)用市場。

  

偉創(chuàng)電氣開發(fā)的 SiC 碳化硅驅(qū)動器1.png

偉創(chuàng)電氣開發(fā)的 SiC 碳化硅驅(qū)動器.png

  偉創(chuàng)電氣開發(fā)的 SiC 碳化硅驅(qū)動器

  為取得更高市場占有率,何承曾認(rèn)為,成本目前是碳化硅功率器件所面臨的較大挑戰(zhàn),據(jù)CASA預(yù)測,隨著SiC上游襯底、外延價格下降,預(yù)計 SiC 二極管和 SiC MOSFET 等器件的價格,每年以超過10%的速度下降,并逐步取代 Si 器件。

  隨著國內(nèi)SiC功率器件產(chǎn)業(yè)化逐步完善,基于碳化硅功率器件的高效、高可靠性變頻器,將是下一代電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品的發(fā)展方向。偉創(chuàng)電氣表示將利用重要的發(fā)展機(jī)遇,為擺脫長期以來依賴于國外器件供應(yīng)商的產(chǎn)業(yè)瓶頸,實現(xiàn)產(chǎn)品的國產(chǎn)化替代貢獻(xiàn)自己的行業(yè)力量。





中傳動網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:

凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動網(wǎng)(www.surachana.com)獨家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉(zhuǎn)載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。

如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。

伺服與運動控制

關(guān)注伺服與運動控制公眾號獲取更多資訊

直驅(qū)與傳動

關(guān)注直驅(qū)與傳動公眾號獲取更多資訊

中國傳動網(wǎng)

關(guān)注中國傳動網(wǎng)公眾號獲取更多資訊

2022年第六期

2022年第六期

圖片閱讀

掃碼關(guān)注小程序

時刻關(guān)注行業(yè)動態(tài)

雜志訂閱

填寫郵件地址,訂閱更多資訊:

撥打電話咨詢:13751143319 余女士
郵箱:chuandong@chuandong.cn

熱搜詞
  • 運動控制
  • 伺服系統(tǒng)
  • 機(jī)器視覺
  • 機(jī)械傳動
  • 編碼器
  • 直驅(qū)系統(tǒng)
  • 工業(yè)電源
  • 電力電子
  • 工業(yè)互聯(lián)
  • 高壓變頻器
  • 中低壓變頻器
  • 傳感器
  • 人機(jī)界面
  • PLC
  • 電氣聯(lián)接
  • 工業(yè)機(jī)器人
  • 低壓電器
  • 機(jī)柜
回頂部
點贊 0
取消 0
往期雜志
  • 2025年第二期

    2025年第二期

    伺服與運動控制

    2025年第二期

  • 2025年第一期

    2025年第一期

    伺服與運動控制

    2025年第一期

  • 2024年第六期

    2024年第六期

    伺服與運動控制

    2024年第六期

  • 2024年第五期

    2024年第五期

    伺服與運動控制

    2024年第五期

  • 2024年第四期

    2024年第四期

    伺服與運動控制

    2024年第四期