當(dāng)前位置:首頁 > 電源 > 電源
[導(dǎo)讀]1 引言  電動(dòng)汽車(ev)是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)的[1],而電機(jī)的動(dòng)力則是來自可循環(huán)充電的電池[2],并且電動(dòng)汽車對(duì)電池的工作特性的要求遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的電池系統(tǒng)。隨著電池技術(shù)的提高,因?yàn)殡妱?dòng)汽車電池系統(tǒng)中的高電壓

1 引言

  電動(dòng)汽車(ev)是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)的[1],而電機(jī)的動(dòng)力則是來自可循環(huán)充電的電池[2],并且電動(dòng)汽車對(duì)電池的工作特性的要求遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的電池系統(tǒng)。隨著電池技術(shù)的提高,因?yàn)殡妱?dòng)汽車電池系統(tǒng)中的高電壓和大電流的以及復(fù)雜的充電算法,所以對(duì)電池的充電變得越來越復(fù)雜[3],這樣會(huì)對(duì)現(xiàn)有的電網(wǎng)造成很大的干擾。因此,需要高效而且失真度低的充電機(jī)[4]。

  從傳統(tǒng)上來講,充電器可以被分為兩個(gè)大類:線性電源和開關(guān)電源[5] [6][7]。線性電源主要有三方面的優(yōu)勢(shì):設(shè)計(jì)簡單,在輸出端沒有電氣噪聲而且成本比較低。但是線性電源的充電電路效率低對(duì)充電器來說是一個(gè)很嚴(yán)重的缺點(diǎn)。使用開關(guān)電源可以解決這些問題,開關(guān)電源的效率高,體積小而且成本也低。傳統(tǒng)的開關(guān)電源式充電機(jī)采用不可控或者半控器件如晶閘管進(jìn)行整流,雖然能夠得到較為平滑的直流電壓,但是同時(shí)也給電網(wǎng)注入了大量的無功功率和諧波電流,給電網(wǎng)造成很大的污染[8]。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,三相電壓型pwm整流器(vsr)因其具有功率因數(shù)可控、網(wǎng)側(cè)電流趨近于正弦、直流側(cè)電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用在汽車充電器中,可以解決功率因數(shù)低、諧波電流大等問題[9]。

  但是pwm整流器的開關(guān)元件在電壓和電流全不為零的時(shí)候動(dòng)作會(huì)消耗能量[10],而且隨著開關(guān)頻率增加,在開關(guān)器件上的損耗會(huì)變得越來越大[11]。使用諧振型零電壓軟開關(guān)可以解決這些問題,而且具有很多的優(yōu)點(diǎn):功率開關(guān)的軟切換,在開關(guān)過程中的損耗將會(huì)很小,反過來會(huì)增加充電的效率而且可以增加運(yùn)行的頻率[12]。這樣充電機(jī)的體積和重量也會(huì)得到減?。?3]。另外一個(gè)好處是,在使用諧振[型軟開關(guān)后,整流器中電壓電流中的諧波含量會(huì)得到降低[14]。因此,當(dāng)諧振型的整流器和傳統(tǒng)整流器工作在相同的功率等級(jí)和開關(guān)頻率時(shí),諧振型的整流器造成的emi問題會(huì)小很多[15]。使用諧振型的整流[器去提高充電[16]機(jī)的功率等級(jí)、充電效率、可靠性和其他的工作特性[17]。

  三相諧振型逆變器廣泛的應(yīng)用在電機(jī)調(diào)速控制等領(lǐng)域[20],本文以三相逆變器為原型,設(shè)計(jì)了三相pwm整流器。并且根據(jù)諧振型整流器的特點(diǎn),對(duì)控制方法進(jìn)行了改進(jìn),使其能夠達(dá)到最低的失真度(df)和最小的總諧波失真(thd)。將它運(yùn)用在電動(dòng)汽車充電機(jī)上,能夠減小充電站的功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)的壓力,而且由于采用了軟開關(guān)技術(shù),不會(huì)由于增加了可控開關(guān)管,而導(dǎo)致充電效率降低,為充電機(jī)的大規(guī)模并入電網(wǎng)提供了必要條件。

2 充電機(jī)的總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

  圖1從原理上描述了充電機(jī)的總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖,圖中包括幾個(gè)主要的部分:

  (1)emi濾波器:抑制交流電網(wǎng)中的高頻干擾對(duì)設(shè)備的影響,同時(shí)屏蔽電動(dòng)汽車充電機(jī)對(duì)交流電網(wǎng)造成的干擾;

 ?。?)三相pwm整流器:三相pwm整流器應(yīng)用在充電機(jī)上能夠提高功率因數(shù),而且能夠減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染;隨著功率因數(shù)的提高,充電站功率因數(shù)校正(pfc)的壓力會(huì)得到降低。由于其具有功率因數(shù)可控的功能,既可以將它應(yīng)用在充電機(jī)上,也可用作整個(gè)充電站的功率因數(shù)校正(pfc),因此會(huì)有廣泛的應(yīng)用前景,本文將主要對(duì)他進(jìn)行設(shè)計(jì)。

 ?。?)全橋逆變器:將整流得到的直流電壓逆變成高頻交流方波,用以通過高頻變壓器,并通過調(diào)節(jié)占空比改變輸出的電壓電流的大??;

 ?。?)高頻變壓器:傳輸高頻交流電能,同時(shí)能夠?qū)⒇?fù)載和前級(jí)電路進(jìn)行隔離;

  (5)不可控整流橋:對(duì)高頻變壓器傳輸?shù)慕涣鞣讲ㄕ?,用于?duì)電池進(jìn)行充電。

  在主電路中受控的主要是三相pwm整流橋和全橋逆變器兩個(gè)主要環(huán)節(jié),但是在提高功率因數(shù)和充電效率等方面,需要著重的分析三相pwm整流器的運(yùn)行機(jī)理,所以在下文的討論中主要關(guān)注如何通過改進(jìn)三相整流器的電路并通過改進(jìn)控制方式來達(dá)到要求。

 

3 三相pwm整流器電路結(jié)構(gòu)與動(dòng)作分析

  圖2為帶有軟開關(guān)的三相pwm整流器的電路結(jié)構(gòu),電路圖的左半部份為三相pwm整流橋,右半部分為零電壓開關(guān)電路(zvs),并且在開關(guān)器件上都并聯(lián)了緩沖電容。

  由于整流器的開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于電網(wǎng)頻率,因此在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)可以認(rèn)為整流器的輸入電流和輸出電流是恒定的,從而可以用恒流源is和il來表示輸入電流和輸出電流。因此可以用圖3作為圖2的等效電路,在圖3中sreg、ds、cr1分別代表整流器的功率開關(guān)、續(xù)流二極管和緩沖電容。由于三相整流橋的上下橋臂功率開關(guān)器件總有一方導(dǎo)通,所以cr1=3cs。軟開關(guān)部分包含了兩個(gè)開關(guān)器件sa1、sa2,兩個(gè)二極管d1、d2,諧振電感l(wèi)r和諧振電容cr1、cr2。在軟開關(guān)的結(jié)構(gòu)中cr1是主諧振電容,cr2是輔助電容用于將諧振電感l(wèi)r的電流ilr反向。在主諧振電容vcr1為0期間,三相橋的功率開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作,可以實(shí)現(xiàn)零電壓操作,極大的降低了功耗。

  通過這個(gè)軟開關(guān)結(jié)構(gòu)可以將整流橋和輔助開關(guān)完全置于軟開關(guān)的條件之下,同時(shí)能夠省去直流環(huán)節(jié)的濾波電容(電解電容),能夠減小充電器的體積,并且能夠?qū)ρ娱L充電機(jī)的壽命起到極大的作用。

4 實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行

  對(duì)整流器交流側(cè)運(yùn)用基爾霍夫電壓定律可以得到電網(wǎng)電壓、整流橋壓降和電感電阻壓降之間的電壓關(guān)系等式:

  (1)由于分布電阻r的阻值較小,忽略分布電阻壓降后可以得到電壓之間的向量圖如圖4(a)所示。

  提高系統(tǒng)的功率因數(shù),并實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行,交流側(cè)的電壓和電流的方向需要保持一致(如圖4(b))所示,可以通過控制三相整流橋上的壓降的大小和相角來調(diào)節(jié)電流的方向。采用直接電流控制來調(diào)節(jié)三相整流橋上的壓降,通過對(duì)整流器直流側(cè)的電壓進(jìn)行反饋和交流側(cè)電流的前饋控制,可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的大小和向量,并最終使交流側(cè)電壓電流的方向保持一致,實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)運(yùn)行。

5 svpwm應(yīng)用在pwm整流器

  svpwm在整流器上被廣泛的應(yīng)用著,因?yàn)樽畲筝敵鲭妷罕萻pwm調(diào)制方法要高出15%,同時(shí)諧波特性也要比別的調(diào)制方法要好很多[18],同時(shí)能夠保持最低的開關(guān)頻率[19],但是在將svpwm應(yīng)用到帶有軟開關(guān)的整流器的時(shí)候,在采樣周期的電壓向量序列需要做一些改變。

         

 ?。?)其中,瞬時(shí)空間向量是dq坐標(biāo)系下的8個(gè)空間向量,如圖5(a)所示,大小為,其中包含6個(gè)非零的向量v1~v6和兩個(gè)零向量v0、v7,并且將整個(gè)dq平面均分成6個(gè)扇形區(qū)域ⅰ~ⅵ。

  根據(jù)文獻(xiàn)[20],在帶有軟開關(guān)的三相整流器中,采用svpwm方式最好的調(diào)制方法是按照?qǐng)D5(b)所描述的向量作用順序,使用這種方法能夠獲得最低的失真度(df)和最小的總諧波失真(thd)。在圖5b的調(diào)制方法中,v0、v1、v2分別代表的是零向量和兩個(gè)非零向量。在同一個(gè)扇形區(qū)域中,兩個(gè)非零向量在作用時(shí)間t=2*δθ=2ωts中交替著作為第一個(gè)作用向量,并且在兩個(gè)非零向量作用時(shí)間中間添加進(jìn)零向量的作用時(shí)間。

  圖6為三相整流器的控制框圖,分為3個(gè)部分:最左側(cè)的是軟開關(guān)作用時(shí)間和向量序列作用時(shí)間控制塊,負(fù)責(zé)產(chǎn)生諧振控制時(shí)間t1和三個(gè)電壓合成向量的作用時(shí)間t0、t1、t2;中間是軟開關(guān)和整流器igbt門信號(hào)的產(chǎn)生器,通過接收控制器的時(shí)間信號(hào),產(chǎn)生滿足要求的igbt門信號(hào);最右側(cè)則是被控對(duì)象三相整流橋(vsr)和軟開關(guān)(zvs)的電路。通過控制sa1、sa2的通斷,給svpwm的向量作用序列創(chuàng)造零電壓的開關(guān)時(shí)間,同時(shí)按照改進(jìn)的svpwm向量作用順序,能夠極大的減小因?yàn)楣β使茉龆喽斐傻某潆娦氏陆档膯栴}。

 

6 仿真結(jié)果

  為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和分析,對(duì)帶有軟開關(guān)的三相pwm整流器在matlab/simulink中進(jìn)行了仿真,仿真的參數(shù)如下:交流側(cè)的三相電壓為380v,開關(guān)頻率為20khz,直流側(cè)電壓設(shè)定值為450v,電路參數(shù):cr1=6500μf,cr2=450μf,lr=20mh。

  仿真結(jié)果如圖7和圖8所示:圖7(a)中表示的是直流側(cè)電壓的仿真波形,可以發(fā)現(xiàn)直流側(cè)電壓vdc基本穩(wěn)定在450v,而且電壓的波動(dòng)范圍很小,符合設(shè)計(jì)的要求,圖7(b)表示的是電網(wǎng)側(cè)交流電壓電流之間的關(guān)系,在直流側(cè)電壓穩(wěn)定后,電壓和電流一直保持著同相的關(guān)系,功率因數(shù)接近為1,能夠?qū)崿F(xiàn)充電機(jī)的高功率因數(shù)運(yùn)行的要求;圖8(a)表示的是電壓的調(diào)制比的大小,同樣他的波動(dòng)范圍非常小,圖8(b)表示的是有功和無功電流的大小,可以看到無功電流一直穩(wěn)定在0附近,整流器的功率因數(shù)能夠接近為1。

7 結(jié)束語

  本文采用開關(guān)電源技術(shù)設(shè)計(jì)了大功率的汽車充電器,并對(duì)三相pwm整流器進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。綜合采用了零電壓軟開關(guān)(zvs)技術(shù)和空間矢量脈寬調(diào)制(svpwm)技術(shù),并且根據(jù)軟開關(guān)的開關(guān)條件對(duì)svpwm的調(diào)制方法進(jìn)行改進(jìn),使其能夠獲得最低的失真度(df)和最小的總諧波失真(thd)。最后對(duì)三相pwm整流器進(jìn)行了仿真,仿真顯示充電過程中能夠獲得很高的功率因數(shù),而且交流側(cè)電流接近于正弦,直流側(cè)電壓穩(wěn)定。由于充電機(jī)能夠達(dá)到很高的功率因數(shù),同時(shí)諧波含量也很低,所以可以減小充電站的功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)的負(fù)擔(dān),同時(shí)設(shè)計(jì)的三相整流器由于具有功率因數(shù)可控的特點(diǎn),可以用作充電站的功率因數(shù)校正環(huán)節(jié),為充電機(jī)的大規(guī)模使用提供了必要條件。

  參考文獻(xiàn)

 ?。?] 王建賾,伏祥運(yùn),曾繁鵬,等??蛇B續(xù)調(diào)節(jié)容性無功的pwm型靜止無功補(bǔ)償器[j]。電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2005,29(8):71-74.

  [2] nasser h.kutkut,deepak m. divan, donald w. novotny, et al.design consideration and topology selection for a 120-kw igbtconverter for ev fast charging. ieee transcations on powerelectronics, vol.13, no.1, january 1998.

 ?。?] ying-chun chuang, yu-lung ke, hung-shiang chuang, et al.implementation and analysis of an improved series-loaded resonantdc-dc coverter operating above resonance for battery chargers. ieeetransactions on industry applications, vol.45, no.3, may/june 2009.

 ?。?] t.-f. wu, j.-c. hung, s.-y. tseng, et al. analysis and design ofa battery charger with interleaved pfc based on an asymmetricalhalf-bridge topology. ieice/ieee intelec’03, oct. 19-23, 2003

 ?。?] s. chunlei, b. c. walker, e. zeisel, b. hu, g. h. mcallister. ahighly integrated power management ic for advanced mobileapplications. ieee journal of solid-state circuits, vol. 42, no. 8,august 2007, pp. 1723-1731.

 ?。?] y. c. chuang, and y. l. ke. high-efficiency and low-stresszvt-pwm dc-to-dc converter for battery charger. ieee transactions onindustry electronicss, vol. 55, no. 8, august 2008, pp. 3030-3037.

  [7] l. r. chen, j. j. chen, n. y. chu, and g. y. han. current-pumpedbattery charger. ieee transactions on industry electronicss, vol.55, no. 6, june 2008, pp. 2482-2488.

 ?。?] 武志賢,蔡麗娟,湯酉元。三相高功率因數(shù)整流器的研究現(xiàn)狀及展望[j]。電氣傳動(dòng),2005,35(2):3-7.

 ?。?] h.m. suryawanshi, s.g. tarnekar. resonant converter in highpower factor, high voltage dc applications. iee proc.-electr. powerappl., vol. 145, no.4, july 1998.

 ?。?0]a. kawahashi. a new-generation hybrid electric vehicle and itssupporting power semiconductor devices. proceedings of the 16thinternational symposium on power semiconductor devices and ics.2004, ispsd’04, may 24-27, 2004, pp. 23-29.

 ?。?1]劉文華,馬曉軍,鄭文斌,等。高功率因數(shù)48v/50a通信開關(guān)電源[j]。電力系統(tǒng)自動(dòng)化,1997,21(9):69-71.

 ?。?2]c.r.mersman, m.m.morcos, and n.g.dillman. performance offerroresonant transformer in microprocessor-based battery chargerfor electric vehicles. in proc. 7th european power electronicsconf., trondheim, norway, 1997, pp.162-167.

 ?。?3]周原,胡偉,沈沉,等??臻g矢量脈寬調(diào)制與單周控制的等效性[j]。電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2005,29(12):19-23.

 ?。?4]hengchun mao, fred c. y. lee, dushan boroyevich, et al. reviewof high-performance three-phase power-factor correction circuits.ieee transaction on industrial electronics, vol.44, no.4, august1997.

  [15]m.m.morcos, curtis r. mersman, g.g. sugavanam, norman g.dillman. battery chargers for electric vehicles. ieee powerengineering review, november2000.

 ?。?6]張崇巍,張興.pwm整流器及其控制[m].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.10.

 ?。?7]m. j. bland, l. emprinham, j.c. clare, and p.w.wheeler.a newresonant soft switching topology for direct ac-ac converters. ieeepower electronics specialists conference. june 2002.

 ?。?8]malinowski m., kazmierkowski m.p. .simple direct power controlof three phase pwm rectifier using space vector modulation-acomparative study. epe journal, vol.13, n°2, mai 2003.

 ?。?9]bai hua,zhao zheng-ming, meng shuo. comparison of three pwmstrategies-spwm, svpwm & one-cycle control.in; the fifthinternational conference on power electronics and drive systems, vol2. singapore: 2003.1313-1316.

  [20]yong c.jung, hyo l. liu, guk c. cho,and gyu h. cho. softswitching space vector pwm inverter using a new quasi-parallelresonant dc link. ieee transactions on power electronics, vol. 11,no.3, may 1996.

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動(dòng)力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉