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新一代高功率密度电机将大大降低能源需求

大学仕 2020-12-24 14:39

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对紧凑而强大的电动机的需求，给设计工程师带来了新的挑战。为了最大限度地提高小型电动机的输出功率，工程师们正在转向高压和高频运行。硅（Si）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和集成栅双极晶体管（IGBT）——传统的开关模式逆变器（现代电机控制的重要元件）正努力满足这些操作需求。

有限的功率密度和击穿电压阈值限制了驱动电压，高频操作所需的快速开关会推高功率损耗。其结果是效率低下和热量积聚。氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMTs）为高压和高频电机驱动应用提供了一种替代mosfet和igbt的替代品。这些宽禁带半导体器件为高功率密度电机开辟了新的应用领域，因为它们能够以比硅晶体管低得多的损耗处理更高的电压、电流、温度和开关频率。集成GaN-HEMTs和驱动器-逆变器级，在高功率密度电机应用中的商业可用性使得新技术的采用变得容易。

GaN-HEMT逆变器由新一代陶瓷电容器补充，这种电容器可以处理高压尖峰和浪涌，这些尖峰和浪涌威胁到高功率密度电动机固有的传统直流（DC）链路元件的应力过大。尽管直流链路电路通常很容易实现，该电路通常包括安装在电动机驱动器的整流器和逆变器级之间的电源线上的单个电容器，但它对电动机的整体性能和效率的重要性决定了质量的选择关键组件。

直流链路在具有高压摆率（dV / dt）和高电压峰值的挑战性条件下工作，因此对于设计人员来说，选择能够承受这种压力的器件非常重要。所述KEMET KC-LINK电容器-其中使用陶瓷（锆酸钙，氧化钙3 Zr）的镍内部沿电介质电极-是一个很好的选择，因为它们是专门设计用于高电压，高频DC链路应用。

KC-LINK器件的关键特性是非常低的等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）。低ESR和ESL值有助于提高效率，特别是在高压应用中。另外，电容器能够在下一代电动机应用中常见的高频和高温下工作。这些电容器可以承受高达10MHz的频率，并且可以承受-55至150°C的温度范围。该器件还具有随电压变化而无电容变化的特性，并且符合AEC-Q200汽车标准。

WBG半导体器件的商业可用性，例如用于电动机逆变器的GaN HEMT和用于直流母线的高性能电容器，满足了设计人员对用于高功率密度电动机驱动器的可靠组件的需求。这些关键部件将使设计人员能够使用紧凑，轻便和便宜的电动机来增强现有产品，同时将电动机的用途扩展到广泛的新应用中。此外，新一代高功率密度电机将大大降低能源需求，从而为地球更绿色做出贡献。
（文章来源于贤集网）

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