告别“硅”时代 新一代中高压大容量碳化硅电驱动技术

大容量电驱动技术， 堪称高端装备制造业“皇冠上的明珠”，综合体现了一个国家在功率半导体、电力电子、自动化控制等领域的顶尖实力。当做重型工业的“动力心脏”，它能精准驾驭兆瓦级电机的功率、速率与转矩，输出澎湃动力。在风机、水泵等场景，其高端变频驱动可达成20%-40%的显著节能，是工业节能的核心杠杆；在轧钢、冶金等高端制造领域，则凭借极致的转矩响应，筑牢产品精密工艺与卓越品质的基本。近年来该技术正驱动船舰/飞机动力系统电气化革命，为全电推进舰船、飞机及无人机的大规模应用持久推进技术研发。

重庆大学电气工程学院潘建宇教授团队长期深耕高效控制与大功率变流技术，秉持“革新驱动、应用引领”理念，聚焦打破国外技术垄断，达成国产中高压大容量电驱动技术的自主跨越。团队以第三代半导体碳化硅（SiC）器件为核心，以新型多电平拓扑为架构，以多目的协同控制算法为大脑，胜利研发出具备“极高效率”、“极高密度”与“极高频率”特征的“三高”型大容量电驱动系统。实测数字表明，常规硅基系统效率约为95%-98%、功率密度不高于0.5MVA/m³，而该系统功率密度较常规方案提升3倍以上（达1.6MVA/m³），效率突破99.2%，长处显著。

难点破解：新拓扑、新器件、新理论的协同革新

潘建宇教授团队围绕“新拓扑、新器件、新方法”开展协同攻关，达成了SiC中高压电驱动技术的系统性突破。

新型多电平拓扑和高压SiC模组示意图

在拓扑理论与控制技术领域：构建从三电平、四电平到N电平的模块化多电平拓扑体系，可依据不同应用场景“量身定制”最优拓扑方案。针对电驱动系统在宽频变速工况下易呈现的内部电压波动、电容体积庞大、谐波畸变等难题，团队提出了鉴于优选状态量、共模电压注入与模型预测控制的复合控制策略，达成了极低速工况下的电压稳定与全频段系统优化调控。在此基本上，经过构建效率最优与体积最小的多目的协同策划模型，充分发挥高压SiC器件性能长处，系统最高效率提升至99.2%以上。

多维物理场耦合解析和层叠母排技术

在装备策划与系统集成领域：团队提出了具备高抗dv/dt实力与过流自维护功能的高压SiC驱动方法，研制出1.7 kV至10 kV系列化高压SiC模组，有效办理了高压工况下的误触发与维护难题。经过揭示电磁热多物理场耦合机制，在功率模块布局、电容策划、母排结构等关键环节开展系统优化，达成了装备在保持高可靠性前提下的小型化与轻量化，体积较同类装备减少60%以上，功率密度突破1.6 MVA/m3。

目前，该团队已胜利研制出百千瓦到兆瓦级的多类新一代全SiC中高压电驱装备，综合性能居国内外同类装备领先程度。相干成果已构成20余项核心知识产权，并在《IEEE Transactions on Industrial Electronics》《IEEE Transactions on Power Electronics》等电气工程领域顶尖期刊发表，获取国际同行广泛认可。

产学研深度融合：促进技术落地与革新人才培养

“咱们正主动携手产业伙伴，已与南方电网、我国商飞、中电装备集团、卧龙集团等多家国内龙头公司设立深度协作，一同推进技术的工程化示范与产业化应用。”潘建宇教授介绍道，“经过产学研协同，团队的技术成果不但适用于大容量电驱动系统，更可拓展至智能电网、新能源并网、数字中心不间断地供电等关键领域，展现出广阔的应用前景。”

在潘建宇教授看来，高程度的产学研协作不但是科技成果转化的“加速器”，更是培养革新人才的“活课堂”。自2022年以来，持久指导本科生开展大学生革新创业工程，并在我国探讨生智慧城市技术与创意策划大赛、全国大学生高电压与等离子体科技革新竞赛等赛事中屡获全国一等奖。多名毕业生赴帝国理工学院、清华大学等国内外知名高校深造，展现出卓越的革新潜力与学术角逐力。

在中高压碳化硅变流技术这片充满机遇的蓝海中，潘建宇教授团队以革新为帆，以实干为桨，持久开拓前行。他们的探索不但为下一代电力装备注入了“高效、高功率密度”的绿色基因，更彰显了我国科研工笔者攻坚关键技术、勇立科技潮头的使命与担当。（张茹）

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