Dissertação

{en_GB=Compact Three-Phase SiC Inverter for the IST Formula Student Prototype} {} EVALUATED

{pt=Esta tese tem como objectivo o desenvolvimento de um protótipo de inversor trifásico, circuitos de comando e instrumentação, usando novas tecnologias de semicondutores disponíveis no mercado, para utilização num veículo elétrico de competição da equipa de Formula Student do IST. É igualmente desenvolvida a fundamentação teórica e são desenvolvidos procedimentos experimentas para a obtenção de estimações das perdas de semicondutores. Retrata-se, numa fase inicial, o estado da arte do desenvolvimento dos semicondutores wide bandgap para utilização em conversores de potência, tendo sido escolhidos dois dispositivos promissores, MOSFET de Carbeto de Silício e HEMT de Nitreto de Gálio, de dois fabricantes líderes na produção destes dispositivos, sobre os quais se realizaram diversos testes experimentais. Foram selecionados os MOSFETs e Diodos de Schottky de Carbeto de Silício que, após avaliação, se consideram melhor adequar à utilização em inversores para motorização de veículos de corrida. Pela via experimental foram caracterizadas as perdas de comutação e de condução em ambos os dispositivos escolhidos em montagens inversoras. Os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com valores obtidos por simulação recorrendo a modelos SPICE disponibilizados pelos fabricantes. Adicionalmente os dados experimentais foram utilizados para a formulação de novos modelos que permitem determinar as perdas em regime dinâmico, indo assim, ao encontro das necessidades reais de operação do protótipo de Formula Student. No decurso da tese, o funcionamento do protótipo do inversor foi testado usando uma carga indutiva e um motor trifásico, tendo o mesmo evidenciado resultados vantajosos tanto em eficiência como em densidade de potência., en=This thesis has as primary objective the development of a prototype for a three-phase inverter, driving circuits and instrumentation, using new semiconductor technologies available in the market, to be implemented in a competition electric vehicle of the IST Formula Student team. Furthermore, a theoretical basis and a set of experimental procedures was proposed in order to estimate the semiconductor losses in inverter operation. In a preliminary analysis the state of the art on the development of wide bandgap semiconductors for use in power converters is depicted. Two promising devices, Silicon Carbide MOSFET and Gallium Nitride HEMT, were chosen from two leading manufacturers in the production of these devices, and for each several experimental tests were performed. At the light of the test results the MOSFETs and Silicon Carbide Schottky Diodes were selected as the most suited technology to be used in inverters for motorization of racing vehicles. The switching and conduction losses for both chosen devices were characterized in an inverter configuration. The obtained experimental results were compared with values obtained by simulations using SPICE models available by the manufacturers. In addition, the experimental data was used to formulate new models that allow the determination of losses in dynamic conditions, thus meeting the real needs of the Formula Student prototype. During the execution of the thesis the operation of the inverter prototype was tested using an inductive load and a three-phase motor, showing prominent results both in power density as in efficiency. }
{pt=Inversor, Wide Bandgap, SiC MOSFET, GaN HEMT, Formula Student, en=Inverter, Wide Bandgap, SiC MOSFET, GaN HEMT, Formula Student}

Novembro 23, 2018, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

José Fernando Alves da Silva

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Catedrático