CN208424249U - 一种电机功率变换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电机功率变换装置，包括开关磁阻电机及功率变换器、超级电容和蓄电池组，开关磁阻电机及功率变换器与交流电源连接，超级电容经第一双向DC/DC与开关磁阻电机及功率变换器连接，蓄电池组经第二双向DC/DC与开关磁阻电机及功率变换器连接。本装置采用不对称半桥功率变换器增加了系统控制的灵活性及适用性，该装置中蓄电池可根据负载的大小及时调节供电电压，并在电动摩托需加速或爬坡时通过超级电容辅助供电，调高了系统的动态性能，并在电动摩托车制动时首先通过超级电容吸收制动能量，避免了频繁充放电对蓄电池造成的损坏，延长了蓄电池使用寿命，提供了系统的驱动效率。
Description
技术领域
本实用新型属于电气工程技术领域，具体涉及一种电机功率变换装置。
背景技术
社会经济快速发展，汽车的使用量不断提高，燃油汽车的尾气排放成了主要的空气污染源。电动自行车因其方便、节能、无污染、低价钱的优越性而得到快速发展，逐渐成为人们短距离出行的主要交通工具。开关磁阻电机因具有起动电流小，起动转矩大，低速性能好，常被用做电动摩托、电动自行车的驱动电机。由于采用蓄电池供电方式，电动摩托车的行驶里程受到极大限制。电动摩托常行驶于市区，常常需要频繁制动，如果将电动摩托车制动耗能充分回收并加以利用，可以在不增加初始成本的前提下有效的提升续驶里程。本文提出将超级电容与蓄电池并联应用于电动摩托车驱动电路进行制动能量的回收利用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电机功率变换装置，提高开关磁阻电机驱动系统的效率，避免了频繁充放电对蓄电池寿命的影响，延长了蓄电池的使用周期，减小了蓄电池充电对电网造成的污染。
本实用新型采用以下技术方案：
一种电机功率变换装置，包括开关磁阻电机及功率变换器、超级电容和蓄电池组，开关磁阻电机及功率变换器与交流电源连接，超级电容经第一双向DC/DC与开关磁阻电机及功率变换器连接，蓄电池组经第二双向DC/DC与开关磁阻电机及功率变换器连接。
具体的，开关磁阻电机及功率变换器的变换器为不对称半桥功率变换器，第一双向DC/DC和第二双向DC/DC设置在不对称半桥功率变换器的前端。
具体的，第一双向DC/DC包括三极管V1、三极管V2、二极管DV1和二极管DV2，超级电容的一端分经电感L1分成四路，一路与三极管V1的发射极连接，第二路与二极管DV1的阳极连接，第三路与三极管V2的集电极相连，第四路与二极管DV2的阴极连接，三极管V1的集电极和二极管DV1的阴极连接与开关磁阻电机及功率变换器连接；超级电容的另一端分三路，一路与三极管V2的发射极连接，第二路与二极管DV2的阳极连接，第三路与开关磁阻电机及功率变换器连接。
具体的，第二双向DC/DC包括三极管T1和三极管T2，蓄电池组的正极经电感L2分四路，一路与三极管T1的发射集连接，第二路与二极管D11的正极连接，第三路与三极管T2的集电极连接，第四路与二极管D22的负极连接，三极管T1的集电极和二极管D11的负极与开关磁阻电机及功率变换器连接；蓄电池组的负极分三路，分别与三极管T2的发射集、二极管D22的正极以及开关磁阻电机及功率变换器连接。
具体的，开关磁阻电机及功率变换器包括电机绕组A、电机绕组B和电机绕组C，电机绕组A和电机绕组B的一端与交流电源连接，电机绕组A、电机绕组B和电机绕组C分别与超级电容和蓄电池组连接。
进一步的，电机绕组A的一端分两路，一路与三极管Q1的发射极连接，另一路与二极管D2的负极连接；电机绕组B的一端分两路，一路与三极管Q3的发射极连接，另一路与二极管D4的负极连接；电机绕组C的一端分两路，一路与三极管Q5的发射极连接，另一路与二极管D6的负极连接；三极管Q1、三极管Q3和三极管Q5的集电极分别与超级电容的一端以及蓄电池组的正极连接，二极管D2、二极管D4和二极管D6的正极与超级电容的另一端以及蓄电池组的负极连接。
进一步的，电机绕组A的另一端分两路，一路与二极管D1的正极连接，另一路与三极管Q2的集电极连接；电机绕组B的另一端分两路，一路与二极管D3的正极连接，另一路与三极管Q4的集电极连接；电机绕组C的另一端分两路，一路与二极管D5的正极连接，另一路与三极管Q6的集电极连接；二极管D1、二极管D3和二极管D5的负极分别与超级电容的一端以及蓄电池组的正极连接，三极管Q2、三极管Q4和三极管Q6的发射集分别与超级电容的另一端连接以及蓄电池组的负极连接。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
本实用新型一种电机功率变换装置，开关磁阻电机及功率变换器与交流电源连接，超级电容经第一双向DC/DC与开关磁阻电机及功率变换器连接，蓄电池组经第二双向DC/DC与开关磁阻电机及功率变换器连接，开关磁阻电机及功率变换器与交流电源连接，当整个驱动装置的蓄电池电量不足需要充电时，开关磁阻电机不转动，外接交流电源通过开关磁阻电机的A、B相绕组以及功率变换器组成带功率因数校正的蓄电池充电装置，不需额外增加充电装置，在减小成本的同时实现了电动车充电功率自校正，电动摩托车工作在电动、加速工况时，蓄电池组经第二双向DC/DC与开关磁阻电机及功率变换器连接，双向DC/DC工作于升压状态，并根据负载大小调节控制信号占空比，减小蓄电池电压波动对电机性能的影响。电动摩托车制动时，如果制动能量大于超级电容所能吸收的能量时，第二DC/DC工作与降压模式，吸收制动能量，超级电容经第一双向DC/DC与开关磁阻电机及功率变换器连接，主要用于在电动摩托车制动时，首先主要由第一DC/DC变换器工作于降压状态，对超级电容充电，回收制动能量，避免了频繁充、放电对蓄电池寿面的影响。当电动摩托车加速但蓄电池能量不足时，超级电容通过第一DC/DC变换器对系统放电，改善系统的动态性能。
进一步的，本系统采用不对称半桥功率变换器，其控制方式灵活，适用性强。在不对称半桥功率变化器的前端设置第一双向DC/DC和第二双向DC/DC变换器可以实现电动摩托车电动、制动两种状态之间的灵活切换，并改善了电动摩托车的加速、制动性能，延长了蓄电池的使用寿命。
进一步的，超级电容经三极管V1、三极管V2及电感L1相连组成可实现升降压变换的双向DC/DC变换器。当电动摩托车需要超级电容提供附加能量时，V2导通且进行斩波控制，与二极管DV1、超级电容、电感L1等组成升压电路，将超级电容的能量供给驱动电机；当电动摩托车制动时，V1导通并进行斩波控制，与二极管DV2、超级电容、电感L2等元件组成降压斩波电路，将制动能量回馈给超级电容。
进一步的，电动摩托车电动运行时，T2管斩波工作，T1管断开，双向DC/DC变化器工作于升压状态，并根据负载大小自动调节蓄电池的端电压，将蓄电池的能量供给驱动电机。制动能量过大时，TI管斩波，T2管断开，将多余的能量通过蓄电池回收。
进一步的，交流电源通过开关磁阻电机的A、B相绕组以及功率变换器组成带功率因数校正的蓄电池充电装置，不需额外增加充电装置，实现充电功率因数校正。
进一步的，开关磁阻电机的A、B、C相绕组和开关Q1-Q6以及二极管D1-D6接成三相不对称半桥功率变化器，通过蓄电池级超级电容对开关磁阻电机进行电动及制动控制。改善了系统的动态相应，实现了能量的回收利用。
综上所述，本装置采用不对称半桥功率变换器增加了系统控制的灵活性及适用性，该装置中蓄电池可根据负载的大小及时调节供电电压，并在电动摩托需加速或爬坡时通过超级电容辅助供电，调高了系统的动态性能，并在电动摩托车制动时首先通过超级电容吸收制动能量，避免了频繁充放电对蓄电池造成的损坏，延长了蓄电池使用寿命，提供了系统的驱动效率。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型结构框图；
图2为本实用新型电路图。
其中：1.超级电容；2.第一双向DC/DC；3.蓄电池组；4.第二双向DC/DC；5.开关磁阻电机及功率变换器；6.交流电源。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型提供了一种电机功率变换装置，采用超级电容来回收电动摩托车的减速、制动能量，通过在开关磁阻电机传统不对称半桥功率变换器的前端增加两个DC-DC变化器，以改善电动摩托车的起动、加速性能和制动能量的有效回收，在摩托车充电时，利用开关磁阻电机的绕组与功率变化器组成带功率因数校正的车载充电器对蓄电池充电。
请参阅图1，本实用新型一种电机功率变换装置，包括超级电容1、第一双向DC/DC2、蓄电池组3、第二双向DC/DC4、开关磁阻电机及功率变换器5和交流电源6，
开关磁阻电机及功率变换器5分别与第一双向DC/DC2和第二双向DC/DC4的一端并联连接，第一双向DC/DC2的另一端与超级电容1连接，第二双向DC/DC4的另一端与蓄电池组3连接，交流电源6与开关磁阻电机及功率变换器5连接，开关磁阻电机及功率变换器5的变换器为不对称半桥功率变换器。
请参阅图2，第一双向DC/DC包括三极管V1、三极管V2、二极管Dv1、Dv2和电感L1组成，超级电容的一端经电感L1分成四路，一路与三极管V1的发射极连接，第二路与二极管DV1的阳极连接，第三路与三极管V2的集电极相连，第四路与二极管DV2的阴极连接，三极管V1的集电极和二极管DV1的阴极连接与开关磁阻电机及功率变换器连接；超级电容的另一端分三路，一路与三极管V2的发射极连接，第二路与二极管DV2的阳极连接，第三路与开关磁阻电机及功率变换器连接。
第二双向DC/DC包括三极管T1和三极管T2，蓄电池组的正极经电感L2分四路，一路与三极管T1的发射集连接，第二路与二极管D11的正极连接，第三路与三极管T2的集电极连接，第四路与二极管D22的负极连接，三极管T1的集电极和二极管D11的负极与开关磁阻电机及功率变换器连接；蓄电池组的负极分三路，分别与三极管T2的发射集、二极管D22的正极以及开关磁阻电机及功率变换器连接。
开关磁阻电机及功率变换器包括电机绕组A、电机绕组A和电机绕组C，电机绕组A的一端和电机绕组B的一端与交流电源连接。
电机绕组A的一端分两路，一路与三极管Q1的发射极连接，另一路与二极管D2的负极连接；电机绕组B的一端分两路，一路与三极管Q3的发射极连接，另一路与二极管D4的负极连接；电机绕组C的一端分两路，一路与三极管Q5的发射极连接，另一路与二极管D6的负极连接；
三极管Q1、三极管Q3和三极管Q5的集电极分别与超级电容的一端以及蓄电池组的正极连接，二极管D2、二极管D4和二极管D6的正极与超级电容的另一端以及蓄电池组的负极连接；
电机绕组A的另一端分两路，一路与二极管D1的正极连接，另一路与三极管Q2的集电极连接；电机绕组B的另一端分两路，一路与二极管D3的正极连接，另一路与三极管Q4的集电极连接；电机绕组C的另一端分两路，一路与二极管D5的正极连接，另一路与三极管Q6的集电极连接；
二极管D1、二极管D3和二极管D5的负极分别与超级电容的一端以及蓄电池组的正极连接，三极管Q2、三极管Q4和三极管Q6的发射集分别与超级电容的另一端连接以及蓄电池组的负极连接。
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本实用新型实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图2，三相开关磁阻电机采用不对称半桥功率变化器驱动，在不对称半桥的前级分别级联了与超级电容相连的第一双向DC/DC；与蓄电池相连的第二双向DC/DC。
当电动摩托工作在电动状态下，蓄电池经第二双向DC/DC变换器工作于升压模式，向开关磁阻电机提供能量，此时T1断开，控制器根据负载的大小调节T2管的占空比，以此减小蓄电池电压波动对电机性能的影响。
当摩托车上坡或加速时，超级电容通过与其相连的第一双向DC/DC工作与升压模式辅助蓄电池进行放电(开关V1断开、V2关断)。
当摩托车工作于减速制动状态，开关磁阻电机工作在发电模式，电机的动能通过第一双向DC/DC变换器对超级电容充电(V1斩波，V2关断)。
当制动能量大于超级电容最大充电功率时，控制T1管，将多余的能量充向蓄电池。
摩托车充电工作状态下，开关磁阻电机不转动，外部交流电通过电机绕组A、B以及功率变换器组成带功率因数校正的车载充电器，通过调节T1管对蓄电池进行充电，减小了对电网造成的污染。
以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电机功率变换装置，其特征在于，包括开关磁阻电机及功率变换器(5)、超级电容(1)和蓄电池组(3)，开关磁阻电机及功率变换器(5)与交流电源(6)连接，超级电容(1)经第一双向DC/DC(2)与开关磁阻电机及功率变换器(5)连接，蓄电池组(3)经第二双向DC/DC(4)与开关磁阻电机及功率变换器(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种电机功率变换装置，其特征在于，开关磁阻电机及功率变换器(5)的变换器为不对称半桥功率变换器，第一双向DC/DC(2)和第二双向DC/DC(4)设置在不对称半桥功率变换器的前端。
3.根据权利要求1或2所述的一种电机功率变换装置，其特征在于，第一双向DC/DC包括三极管V1、三极管V2、二极管DV1和二极管DV2，超级电容的一端分经电感L1分成四路，一路与三极管V1的发射极连接，第二路与二极管DV1的阳极连接，第三路与三极管V2的集电极相连，第四路与二极管DV2的阴极连接，三极管V1的集电极和二极管DV1的阴极连接与开关磁阻电机及功率变换器连接；超级电容的另一端分三路，一路与三极管V2的发射极连接，第二路与二极管DV2的阳极连接，第三路与开关磁阻电机及功率变换器连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种电机功率变换装置，其特征在于，第二双向DC/DC包括三极管T1和三极管T2，蓄电池组的正极经电感L2分四路，一路与三极管T1的发射集连接，第二路与二极管D11的正极连接，第三路与三极管T2的集电极连接，第四路与二极管D22的负极连接，三极管T1的集电极和二极管D11的负极与开关磁阻电机及功率变换器连接；蓄电池组的负极分三路，分别与三极管T2的发射集、二极管D22的正极以及开关磁阻电机及功率变换器连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种电机功率变换装置，其特征在于，开关磁阻电机及功率变换器包括电机绕组A、电机绕组B和电机绕组C，电机绕组A和电机绕组B的一端与交流电源连接，电机绕组A、电机绕组B和电机绕组C分别与超级电容和蓄电池组连接。
6.根据权利要求5所述的一种电机功率变换装置，其特征在于，电机绕组A的一端分两路，一路与三极管Q1的发射极连接，另一路与二极管D2的负极连接；电机绕组B的一端分两路，一路与三极管Q3的发射极连接，另一路与二极管D4的负极连接；电机绕组C的一端分两路，一路与三极管Q5的发射极连接，另一路与二极管D6的负极连接；三极管Q1、三极管Q3和三极管Q5的集电极分别与超级电容的一端以及蓄电池组的正极连接，二极管D2、二极管D4和二极管D6的正极与超级电容的另一端以及蓄电池组的负极连接。
7.根据权利要求5所述的一种电机功率变换装置，其特征在于，电机绕组A的另一端分两路，一路与二极管D1的正极连接，另一路与三极管Q2的集电极连接；电机绕组B的另一端分两路，一路与二极管D3的正极连接，另一路与三极管Q4的集电极连接；电机绕组C的另一端分两路，一路与二极管D5的正极连接，另一路与三极管Q6的集电极连接；二极管D1、二极管D3和二极管D5的负极分别与超级电容的一端以及蓄电池组的正极连接，三极管Q2、三极管Q4和三极管Q6的发射集分别与超级电容的另一端连接以及蓄电池组的负极连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN110460275A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-11-15 | 中国计量大学 | 一种直升压双馈开关磁阻发电机变流系统 |
| CN111146998A (zh) * | 2019-03-10 | 2020-05-12 | 湖南贝加尔动力科技有限公司 | 一种单相交流供电的开关磁阻电机控制系统 |
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