The falling cost of batteries, along with an increasing need to cut emissions, has spurred significant interest in the electrification of vehicles. In addition, as semiconductor devices have evolved, the research for electric vehicles with higher battery voltage has increased. The traction inverter is an important part of the electric power train and can account for a substantial portion of the drive train’s losses. This thesis therefore models, simulates, and studies the losses for a convectional Two-Level (2L) inverter and a Three-Level T-Type (3LT) inverter utilizing Silicon Carbide (SiC) MOSFETs and compares the two inverter topologies in terms of efficiency. The rated power of the inverters is 120 kW at a DC voltage of 800 V. The theoretical basis of SiC MOSFET and its reverse conduction, operation of 2L and 3LT inverter topologies, and Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) technique are introduced in the initial part of the thesis. To estimate switching and conduction losses, Simulink is used to model and simulate an electric drive system. These estimated losses are then utilized to develop efficiency maps for both topologies over the complete speed-torque range. Based on the efficiency comparison, the 3LT topology outperforms the 2L topology for any requested torque in the medium to the high-speed range, which is typical of highway driving. In the low-speed, high-torque region, which is typical of city driving, the 2L topology is superior. The efficiency of each topology is affected by switching frequency, device junction temperature, and DC-link voltage. However, the comparison reveals that the maximum average difference in efficiency is 0.35%, with the 3LT topology being superior. Finally, the efficiency differences between the two inverter topologies are minimal. As a result, it may be concluded that the two topologies perform similarly. Thus, it can be inferred that comparing the efficiency of the two topologies should not be the sole criterion for selecting which topology should be used for the electric drive. / Den sjunkande kostnaden för batterier, tillsammans med ett ökande behov av att minska utsläppen, har lett till ett stort intresse för elektrifiering av fordon. Dessutom, har utvecklingen av halvledare lett till en ökning inom forskningen av elfordon med högre batterispänning. Traktionsomriktaren är en viktig del av den elektriska drivlinan och kan stå för en stor del av de totala förlusterna i drivlinan. I denna rapport modelleras, simuleras och studeras därför förlusterna i en konventionell omriktare med två nivåer (2L) och en T-typ omriktare med tre nivåer (3LT). Båda topologierna använder kiselkarbid (SiC) MOSFETs i jämförelsen av resultaten med avseende på verkningsgrad. Inverterarnas nominella effekt är 120 kW vid en likspänning på 800 V. Den teoretiska grunden för SiC MOSFET och hur de fungerar, hur 2L- och 3LT-inverterstopologierna fungerar samt tekniken för Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) presenteras i rapporten. För att uppskatta switch- och ledningsförluster används Simulink för att modellera och simulera det elektriska drivsystemet. De uppskattade förlusterna används sedan för att utveckla verkningsgradskartor för de båda topologierna över hela det operativa området. Baserat på verkningsgradsjämförelsen mellan topologierna så presterar 3LT-topologin bättre än 2L-topologin i driftspunkter i medelhöga till höga hastigheter, vilket är typiskt för motorvägskörning. Vid låga hastigheter med högt vridmoment, vilket är typiskt för stadskörning, är 2L-topologin bättre. Verkningsgraden för de båda topologierna påverkas av switchfrekvensen, halvledarens temperatur samt DC-länkspänning. Jämförelsen visar dock att den största genomsnittliga skillnaden i verkningsgrad mellan de två topologierna är 0,35%, där 3LT-topologin är bättre. Sammanfattningsvis så är skillnaderna i verkningsgrad mellan de två topologierna minimala, vilket innebär att de båda topologierna har liknande prestanda med avseende på verkningsgrad. Man bör därför inte bara ha verkningsgrad som det enda kriteriet vid val av topologi för elektriska drivlinor.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-321940 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Jain, Rishabh |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2022:791 |
Page generated in 0.0025 seconds