CN209676150U

CN209676150U - 一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置

Info

Publication number: CN209676150U
Application number: CN201920256236.XU
Authority: CN
Inventors: 黄雷
Original assignee: Tianjin University of Technology and Education China Vocational Training Instructor Training Center
Current assignee: Tianjin University of Technology and Education China Vocational Training Instructor Training Center
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2019-11-22
Anticipated expiration: 2029-02-28

Abstract

本实用新型公开了一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，包括电机绕组、半桥驱动电路、车载蓄电池供电模块和太阳能供电模块；车载蓄电池供电模块包括车载蓄电池，车载蓄电池通过开关J1与半桥驱动电路连接；电力电子开关器件S0的第一电极与续流二极管D0的阳极连接，电力电子开关器件S0的第二电极与光伏电池的阴极连接，电容Cdc的两端通过开关J1与车载蓄电池连接，电容Cdc的两端与半桥驱动电路连接。

Description

一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置

技术领域

本实用新型属于电机技术领域，具体涉及一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置。

背景技术

开关磁阻电机，仅定子有绕组，转子由硅钢片叠加而成，结构坚固、成本低，且具有较宽调速范围，启动转矩大，转矩方向与相电流无光，控制灵活，效率高，可以再生制动，回收能量，因此在电动汽车领域逐渐得到重视；

电动汽车配备有相功率变换器传递能量的车载蓄电池，功率变换器将蓄电池电能变换为所需的电流使得可以对开关磁阻电机供电，传统的开关磁阻电机功率变换器多采用不对称半桥功率变换器，同时，为了确保车载蓄电池的再充电，需要在电路中装备包括AC/DC转换的充电设备从来自电网的电力给车载蓄电池充电；

这种供电方式虽然能够对车载蓄电池进行供电，但是，现有电动汽车的蓄电池的存储量是一定的，极大的限制了电动车的行程距离，而且在电动汽车在运行中由于车载续电池电量完全耗损而造成中途停车，这种情况只能寻求抢救车，或者更换新电池，等待抢救车需要很长的时间，而且容易造成交通堵塞，而采用更换新电池，这种方式不仅需要专业的人员进行操作，而且备用电池不方便携带，所以这两种供电应急的供电方式并不能很好的解决电动汽车在中途运输过程中蓄电池无电的情况下的应急处理。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，该光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置具有对电动汽车应急供电的主要功能优点。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，包括电机绕组、半桥驱动电路、车载蓄电池供电模块和太阳能供电模块；

所述的车载蓄电池供电模块包括车载蓄电池，所述的车载蓄电池通过开关J1与所述的半桥驱动电路连接以用于对所述的电机绕组供电；

所述的太阳能供电模块包括光伏电池、功率电感L0、续流二极管D0、电力电子开关器件S0和电容Cdc，所述的光伏电池的正极与所述的功率电感L0的一端连接，所述的功率电感L0的另一端与所述的续流二极管D0的阳极连接，所述的续流二极管D0的阴极与所述的电容Cdc的一端连接，所述的电容Cdc的另一端与所述的光伏电池的负极连接，所述的电力电子开关器件S0的第一电极与所述的续流二极管D0的阳极连接，所述的电力电子开关器件S0的第二电极与所述的光伏电池的阴极连接，所述的电容Cdc的两端通过开关J1与所述的车载蓄电池连接以用于对所述的车载蓄电池充电，所述的电容Cdc的两端与所述的半桥驱动电路连接以用于对所述的电机绕组供电。

在上述技术方案中，所述的电机绕组包括绕组La、绕组Lb和绕组Lc。

在上述技术方案中，所述的半桥驱动电路包括电力电子开关器件S1、电力电子开关器件 S2、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S5、电力电子开关器件S6、续流二极管D1、续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5 和续流二极管D6；

所述的电力电子开关器件S1的第一电极与所述的续流二极管D0的阴极连接，所述的电力电子开关器件S1的第二电极与所述的绕组La的一端连接，所述的绕组La的另一端与所述的电力电子开关器件S2的第一电极连接，所述的电力电子开关器件S2的第二电极与所述的光伏电池的阴极连接，所述的续流二极管D2的阴极与所述的电力电子开关器件S1的第二电极连接，所述的续流二极管D2的阳极与所述的电力电子开关器件S2的第二电极连接，所述的续流二极管D1的阳极与所述的电力电子开关器件S2的第一电极连接，所述的续流二极管D1的阴极与所述的电力电子开关器件S1的第一电极连接；

所述的电力电子开关器件S3的第一电极与所述的续流二极管D0的阴极连接，所述的电力电子开关器件S3的第二电极与所述的绕组Lb的一端连接，所述的绕组Lb的另一端与所述的电力电子开关器件S4的第一电极连接，所述的电力电子开关器件S4的第二电极与所述的光伏电池的阴极连接，所述的续流二极管D4的阴极与所述的电力电子开关器件S3的第三电极连接，所述的续流二极管D4的阳极与所述的电力电子开关器件S4的第二电极连接，所述的续流二极管D3的阳极与所述的电力电子开关器件S4的第一电极连接，所述的续流二极管D3的阴极与所述的电力电子开关器件S3的第一电极连接；

所述的电力电子开关器件S5的第一电极与所述的续流二极管D0的阴极连接，所述的电力电子开关器件S5的第二电极与所述的绕组Lc的一端连接，所述的绕组Lc的另一端与所述的电力电子开关器件S6的第一电极连接，所述的电力电子开关器件S6的第二电极与所述的光伏电池的阴极连接，所述的续流二极管D6的阴极与所述的电力电子开关器件S5的第二电极连接，所述的续流二极管D5的阳极与所述的电力电子开关器件S6的第二电极连接，所述的续流二极管D5的阳极与所述的电力电子开关器件S6的第一电极连接，所述的续流二极管D5的阴极与所述的电力电子开关器件S5的第一电极连接。

在上述技术方案中，所述的车载蓄电池的正极通过开关J1分别与所述的续流二极管D5 的阴极和续流二极管D0的阴极连接，所述的车载蓄电池的负极与所述的光伏电池的负极连接。

在上述技术方案中，所述的电力电子开关器件S0、电力电子开关器件S1、电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S5、电力电子开关器件S6均为MOSFET管，所述的第一电极为漏极，所述的第二电极为源极，所述的第三电极为第集电极。

在上述技术方案中，所述的电力电子开关器件S0、电力电子开关器件S1、电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S5、电力电子开关器件S6均为IGBT管，所述的第一电极为门极，所述的第二电极为发射极，所述的第三电极为集电极。

在上述技术方案中，所述的开关J1为接触器。

在上述技术方案中，所述的电力电子开关器件S0的第三电极、电力电子开关器件S1的第三电极、电力电子开关器件S2的第三电极、电力电子开关器件S3的第三电极、电力电子开关器件S4的第三电极、电力电子开关器件S5的第三电极、电力电子开关器件S6的第三电极分别通过驱动电路与控制器连接。

在上述技术方案中，所述的驱动电路包括多个驱动芯片U，所述的驱动芯片U的引脚VDD 与供电电源V1连接，所述的驱动芯片U的引脚IN与控制器的输出引脚连接，多个所述的驱动芯片U的引脚OUT用于分别一一匹配驱动电力电子开关器件S0的第三电极、电力电子开关器件S1的第三电极、电力电子开关器件S2的第三电极、电力电子开关器件S3的第三电极、电力电子开关器件S4的第三电极、电力电子开关器件S5的第三电极、电力电子开关器件S6的第三电极，其中，供电电源V1为4组独立电源，其中电力电子开关器件S0、电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S6共用一组，电源的地要和IGBT的发射极E或mosfet 的源极S连接，电力电子开关器件S1、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S5分别由3组独立电源供电。

在上述技术方案中，所述的驱动芯片U的型号为UCC37321。

本实用新型的优点和有益效果为：

本实用新型的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置采用车载蓄电池供电模块能够车载蓄电池进行充电，以防电动汽车在运行过程中车载蓄电池出现电量用尽的情况，采用开关J1能够选择对车载蓄电池充电或者对电机绕组供电，使用方便，能够有效解决电动汽车在运输中途突然电量不足造成的紧急停车的问题，提供了比较方便的应急处理措施。

附图说明

图1是本实用新型的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置的车载蓄电池对电机绕组供电的电路图。

图2是本实用新型的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置的光伏电池对电机绕组供电的电路图。

图3是本实用新型的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置的驱动电路图。

其中：

1：车载蓄电池，2：光伏电池。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1

车载蓄电池供电模块包括车载蓄电池，车载蓄电池通过开关J1与半桥驱动电路连接以用于对电机绕组供电；

太阳能供电模块包括光伏电池、功率电感L0、续流二极管D0、电力电子开关器件S0和电容Cdc，光伏电池的正极与功率电感L0的一端连接，功率电感L0的另一端与续流二极管D0的阳极连接，续流二极管D0的阴极与电容Cdc的一端连接，电容Cdc的另一端与光伏电池的负极连接，电力电子开关器件S0的第一电极与续流二极管D0的阳极连接，电力电子开关器件S0的第二电极与光伏电池的阴极连接，电容Cdc的两端为输出端以用于分别与半桥驱动电路和车载蓄电池连接。

具体实施方式如下：当J1闭合时，车载蓄电池向电机绕组供电，电力电子开关器件S0、功率电感L0、续流二极管D0组成升压斩波电路，当电力电子开关器件S0导通时，续流二极管D0能够有效防止电容Cdc对地放电，功率电感L0储存能量，当电力电子开关器件S0关断时，光伏电池、功率电感L0两端的电压大于Cdc两端电压，续流二极管D0导通，其中，电力电子开关器件S0的开关频率比较高，以能够实现升压斩波(此部分电路为典型的升压斩波电路)，该升压斩波电路向电机绕组供电，同时向车载蓄电池充电，当车载蓄电池电量不足时，当开关J1断开时，车载蓄电池电量停止对电机绕组供电，同时，光伏电池、电力电子开关器件S0、功率电感L0、续流二极管D0、电容Cdc组成的升压斩波电路单独对电机绕组供电，该光伏电池能够保证在车载蓄电池电量不足时仍能够维持电机绕组正常工作，进而延长了电动汽车的运行距离，为电动汽车提供了有效的应急措施，使用方便，其中，电容Cdc为直流母线电容，具有滤波、储能电能，具有对光伏电池输出的电压平滑滤波的作用，同时也作为相绕组能量回馈的储能元件，能够保证光伏电池对电机绕组正常供电。本实用新型的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置采用车载蓄电池供电模块能够对车载蓄电池进行充电，以防电动汽车在运行过程中车载蓄电池出现电量用尽的情况，采用开关J1能够选择的对车载蓄电池充电或者对电机绕组供电，使用方便，能够有效解决电动汽车在运输中途突然电量不足造成紧急停车的问题，提供了比较方便的应急处理措施。

实施例2

以实施例1为基础，电机绕组包括绕组La、绕组Lb和绕组Lc。

半桥驱动电路包括电力电子开关器件S1、电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S5、电力电子开关器件S6、续流二极管D1、续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5和续流二极管D6；

电力电子开关器件S1的第一电极与续流二极管D0的阴极连接，电力电子开关器件S1 的第二电极与绕组La的一端连接，绕组La的另一端与电力电子开关器件S2的第一电极连接，电力电子开关器件S2的第二电极与光伏电池的阴极连接，续流二极管D2的阴极与电力电子开关器件S1的第二电极连接，续流二极管D2的阳极与电力电子开关器件S2的第二电极连接，续流二极管D1的阳极与电力电子开关器件S2的第一电极连接，续流二极管D1的阴极与电力电子开关器件S1的第一电极连接；

电力电子开关器件S3的第一电极与续流二极管D0的阴极连接，电力电子开关器件S3 的第二电极与绕组Lb的一端连接，绕组Lb的另一端与电力电子开关器件S4的第一电极连接，电力电子开关器件S4的第二电极与光伏电池的阴极连接，续流二极管D4的阴极与电力电子开关器件S3的第三电极连接，续流二极管D4的阳极与电力电子开关器件S4的第二电极连接，续流二极管D3的阳极与电力电子开关器件S4的第一电极连接，续流二极管D3的阴极与电力电子开关器件S3的第一电极连接；

电力电子开关器件S5的第一电极与续流二极管D0的阴极连接，电力电子开关器件S5 的第二电极与绕组Lc的一端连接，绕组Lc的另一端与电力电子开关器件S6的第一电极连接，电力电子开关器件S6的第二电极与光伏电池的阴极连接，续流二极管D6的阴极与电力电子开关器件S5的第二电极连接，续流二极管D5的阳极与电力电子开关器件S6的第二电极连接，续流二极管D5的阳极与电力电子开关器件S6的第一电极连接，续流二极管D5的阴极与电力电子开关器件S5的第一电极连接。

车载蓄电池的正极通过开关J1分别与续流二极管D5的阴极和续流二极管D0的阴极连接，车载蓄电池的负极与光伏电池的负极连接。

电力电子开关器件S0、电力电子开关器件S1、电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S5、电力电子开关器件S6均为MOSFET 管，所述的第一电极为漏极，所述的第二电极为源极，所述的第三电极为第三电极。

或者电力电子开关器件S0、电力电子开关器件S1、电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S5、电力电子开关器件S6均为IGBT管，所述的第一电极为门极，所述的第二电极为发射极，所述的第三电极为集电极。

作为优选，开关J1为接触器，能够快速切断主回路和可频繁地接通与大电流控制电路的装置。

具体实施方式如下：当车载蓄电池对电机绕组供电时，闭合电子电力开关器件S1和电力电子开关器件S2，绕组La工作，断开电子电力开关器件S1和电力电子开关器件S2，绕组La放电，闭合电子电力开关器件S3和电力电子开关器件S4，绕组Lb工作，断开电子电力开关器件S3和电力电子开关器件S4，绕组Lb放电，闭合电子电力开关器件S5和电力电子开关器件S6，绕组Lc工作，断开电子电力开关器件S5和电力电子开关器件S6，绕组Lc放电，闭合电子电力开关器件S1和电力电子开关器件S2，绕组La工作，如此往复工作，完成半桥驱动电路驱动电机绕组工作。

实施例3

以实施例2为基础，电力电子开关器件S0的第三电极、电力电子开关器件S1的第三电极、电力电子开关器件S2的第三电极、电力电子开关器件S3的第三电极、电力电子开关器件S4的第三电极、电力电子开关器件S5的第三电极、电力电子开关器件S6的第三电极分别通过驱动电路与控制器连接。

驱动电路包括多个驱动芯片U，驱动芯片U的引脚VDD与供电电源V1连接，驱动芯片U的引脚IN与控制器的输出引脚连接，多个驱动芯片U的引脚OUT用于分别一一匹配驱动电力电子开关器件S0的第三电极、电力电子开关器件S1的第三电极、电力电子开关器件S2 的第三电极、电力电子开关器件S3的第三电极、电力电子开关器件S4的第三电极、电力电子开关器件S5的第三电极、电力电子开关器件S6的第三电极，其中，供电电源V1的值可以为15V，该驱动芯片U的型号为为UCC37321。其中，供电电源V1为4组独立电源，其中电力电子开关器件S0、电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S6 共用一组，电源的地要和IGBT的发射极E或mosfet的源极S连接，电力电子开关器件S1、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S5分别由3组独立电源供电。

驱动芯片U的引脚OUT包括低电平输出引脚和高电平输出引脚，低电平输出引脚和高电平输出引脚连接且与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端用于驱动与电力电子开关器件 S0的第三电极、电力电子开关器件S1的第三电极、电力电子开关器件S2的第三电极、电力电子开关器件S3的第三电极、电力电子开关器件S4的第三电极、电力电子开关器件S5的第三电极、电力电子开关器件S6的第三电极。

其中，驱动芯片的引脚VDD通过电容C1接地以用于稳定、过滤驱动芯片的引脚VDD的供电电压值。

具体实施方式如下，驱动芯片U的数量为7个，即，用于驱动电力电子开关器件S0的第一驱动芯片U0、用于驱动电力电子开关器件S1的第二驱动芯片U1、用于驱动电力电子开关器件S2的第三驱动芯片U2、用于驱动电力电子开关器件S3的第三驱动芯片U3、用于驱动电力电子开关器件S4的第三驱动芯片U4、用于驱动电力电子开关器件S5的第三驱动芯片U5、用于驱动电力电子开关器件S6的第三驱动芯片U6。

以驱动芯片U1为例，驱动芯片U1的引脚VDD(引脚1和引脚8)与供电电源V1连接以用于为该驱动芯片提供工作电压，驱动芯片U1的引脚IN(引脚1)与控制器的输出引脚连接，用于接收控制器的输出信号(导通开关器件S1信号或者断开开关器件S1的信号)，驱动芯片U1的输出端OUT(高电平输出引脚6和低电平输出引脚7)根据该驱动芯片U1接收的信号向电力电子开关器件S1的第三电极输出对应的信号，用于导通电力电子开关器件S1 或者断开电力电子开关器件S1，即当控制器的输出端输出导通电力电子开关器件S1的信号时，高电平输出引脚6输出高电平，当控制器的输出端输出断开电力电子开关器件S1时，低电平输出引脚7输出低电平；

进一步，电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S5、电力电子开关器件S6、电力电子开关器件S7、电力电子开关器件S8和电力电子开关器件S9的工作与电力电子开关器件S2的工作方式同理。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，其特征在于，包括电机绕组、半桥驱动电路、车载蓄电池供电模块和太阳能供电模块；

2.根据权利要求1所述的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，其特征在于，所述的电机绕组包括绕组La、绕组Lb和绕组Lc。

3.根据权利要求2所述的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，其特征在于，所述的半桥驱动电路包括电力电子开关器件S1、电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S5、电力电子开关器件S6、续流二极管D1、续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5和续流二极管D6；

4.根据权利要求3所述的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，其特征在于，所述的车载蓄电池的正极通过开关J1分别与所述的续流二极管D5的阴极和续流二极管D0的阴极连接，所述的车载蓄电池的负极与所述的光伏电池的负极连接。

5.根据权利要求4所述的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，其特征在于，所述的电力电子开关器件S0、电力电子开关器件S1、电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S5、电力电子开关器件S6均为MOSFET管，所述的第一电极为漏极，所述的第二电极为源极，所述的第三电极为第三电极。

6.根据权利要求4所述的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，其特征在于，所述的电力电子开关器件S0、电力电子开关器件S1、电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S5、电力电子开关器件S6均为IGBT管，所述的第一电极为门极，所述的第二电极为发射极，所述的第三电极为集电极。

7.根据权利要求5或6所述的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，其特征在于，所述的开关J1为接触器。

8.根据权利要求7所述的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，其特征在于，所述的电力电子开关器件S0的第三电极、电力电子开关器件S1的第三电极、电力电子开关器件S2的第三电极、电力电子开关器件S3的第三电极、电力电子开关器件S4的第三电极、电力电子开关器件S5的第三电极、电力电子开关器件S6的第三电极分别通过驱动电路与控制器连接。

9.根据权利要求8所述的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，其特征在于，所述的驱动电路包括多个驱动芯片U，所述的驱动芯片U的引脚VDD与供电电源V1连接，所述的驱动芯片U的引脚IN与控制器的输出引脚连接，多个所述的驱动芯片U的引脚OUT用于分别一一匹配驱动电力电子开关器件S0的第三电极、电力电子开关器件S1的第三电极、电力电子开关器件S2的第三电极、电力电子开关器件S3的第三电极、电力电子开关器件S4的第三电极、电力电子开关器件S5的第三电极、电力电子开关器件S6的第三电极，其中，供电电源V1为4组独立电源，其中电力电子开关器件S0、电力电子开关器件S2、电力电子开关器件S4、电力电子开关器件S6共用一组，电源的地要和IGBT的发射极E或mosfet的源极S连接，电力电子开关器件S1、电力电子开关器件S3、电力电子开关器件S5分别由3组独立电源供电。

10.根据权利要求9所述的一种光伏供电的开关磁阻电机功率变换装置，其特征在于，所述的驱动芯片U的型号为UCC37321。