CN216929913U - 新能源船舶双向逆变电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新能源船舶双向逆变电机控制器，交流预充继电器与交流预充电阻串联形成的支路与第一交流继电器并联，第一交流继电器与IGBT单元连接，IGBT单元分别与储能电感和第二直流继电器的一端连接，储能电感的另一端分别与储能电容和第一直流继电器的一端连接，软启动直流继电器和软启动电阻串联形成的支路并联在第二直流继电器的两端，IGBT单元、储能电容分别连接电源负极端，第一直流继电器、第二直流继电器分别连接电源正极端。本实用新型降低了设备体积和成本。

Description

新能源船舶双向逆变电机控制器

技术领域

本实用新型涉及新能源船舶技术领域，具体涉及一种新能源船舶双向逆变电机控制器。

背景技术

新能源船舶是以锂电池或超级电容等为电机提供电力，驱动船舶行驶的船舶。具有排放低，动力强，噪音小等优势。在日常使用过程中，船舶的驱动电机通常选用的是交流电机，因此需要将锂电池或超级电容储存的直流电转换成交流电共驱动电机使用，这个将锂电池或超级电容直流电转成电机所需的交流电的装置叫电机控制器。当锂电池或超级电容存储电量较低时，需要为其充电，这个过程是将电网的交流电转换成直流电的过程，通常使用的装置叫充电机或充电桩。船舶在使用过程中，有一些需要交流电的负载，如船舶上的各种娱乐设施，这时需要逆变器将锂电池或超级电容存储的直流电转换成负载所需的交流电。

通常以上三种设备是有三种独立的设备单独完成的，设备体积比较大，且成本很高。

实用新型内容

本实用新型提供一种新能源船舶双向逆变电机控制器，本实用新型降低了设备体积和成本。

新能源船舶双向逆变电机控制器，包括第一交流继电器、交流预充继电器、交流预充电阻、IGBT单元、储能电感、储能电容、第一直流继电器、第二直流继电器、软启动直流继电器、软启动电阻，交流预充继电器与交流预充电阻串联形成的支路与第一交流继电器并联，第一交流继电器与IGBT单元连接，IGBT单元分别与储能电感和第二直流继电器的一端连接，储能电感的另一端分别与储能电容和第一直流继电器的一端连接，软启动直流继电器和软启动电阻串联形成的支路并联在第二直流继电器的两端，IGBT单元、储能电容分别连接电源负极端，第一直流继电器、第二直流继电器分别连接电源正极端。

本实用新型的优点为：

1.集充电机、电机控制器和逆变器三种功能于一体，即可以满足充电功能，也可以作为电机控制器和逆变器使用。

2.通过核心硬件共用的方式，减少了硬件体积。

3.充电电路和放电电路公用IGBT模块，降低了硬件成本。

附图说明

图1为新能源船舶双向逆变电机控制器的硬件原理图；

附图中的标记：

第一交流继电器KM1、交流预充继电器KM2、交流接触器KM3、交流预充电阻R1，R2，R3、IGBT单元、储能电感L2、储能电容、第一直流继电器K1、第二直流继电器K2、软启动直流继电器K3、软启动电阻R4、滤波电感L1、滤波电容C9、第一滤波电容C1、开关三极管Q7、稳压三极管Q8、储能电感L2、防反二极管V4、第一直流继电器K1、第二电容C2、第三电容C3、第一储能电容C4、第二储能电容C5。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型的新能源船舶双向逆变电机控制器，包括第一交流继电器KM1、交流预充继电器KM2、交流预充电阻R1，R2，R3、IGBT单元、储能电感L2、储能电容、第一直流继电器K1、第二直流继电器K2、软启动直流继电器K3、软启动电阻R4，交流预充继电器KM2与交流预充电阻R1，R2，R3串联形成的支路与第一交流继电器KM1并联，第一交流继电器KM1与IGBT单元连接，IGBT单元分别与储能电感L2和第二直流继电器K2的一端连接，储能电感L2的另一端分别与储能电容和第一直流继电器K1的一端连接，软启动直流继电器K3和软启动电阻R4串联形成的支路并联在第二直流继电器K2的两端，IGBT单元连接电源负极端，储能电容由第一储能电容C4和第二储能电容C5组成，第一储能电容C4的一端与IGBT单元连接，第一储能电容C4的另一端与电源负极端连接，第二储能电容C5并联在第一储能电容C4两端，第一直流继电器K1、第二直流继电器K2分别连接电源正极端。

本实用新型中，第一交流继电器KM1和交流预充继电器KM2的一端分别连接交流三相电线A1、B1、C1，IGBT单元为由六个IGBT开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成的整流电路，六个IGBT开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的连接方式如图1所示。本实用新型图1中的DC+是锂离子电池或超级电容的正极，DC-是锂离子电池或超级电容负极，CHARGE-DC+表示充电的时候锂离子或超级电容的正极接头。

还包括第一滤波器，第一滤波器包括滤波电感L1、滤波电容C9、漏电电容，滤波电感L1电连接于第一交流继电器KM1与IGBT单元之间，滤波电容C9一端与第一交流继电器KM1连接，滤波电容C9另一端与漏电电容连接，漏电电容的一端与IGBT单元连接，漏电电容的另一端与电源负极端连接。漏电电容由第二电容C2和第三电容C3组成，第二电容C2的一端与IGBT单元连接，第二电容C2的另一端与第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端与电源负极端连接。

还包括第一滤波电容C1，第一滤波电容C1的一端与IGBT单元连接，第一滤波电容C1的另一端与电源负极端连接。还包括开关三极管Q7、稳压三极管Q8，开关三极管Q7连接于IGBT单元与储能电感L2之间，稳压三极管Q8的一端与储能电感L2连接，稳压三极管Q8的另一端电源负极端连接。还包括防反二极管V4，防反二极管V4连接于储能电感L2与第一直流继电器K1之间。

本实用新型有多种工作情况，其中：

第一种工作情况为：第一交流继电器KM1、交流预充继电器KM2断开，连接电机U、V、W端的交流接触器KM3断开，充电直流继电器K1闭合，交流输入端A1、B1、C1和N1分别接入电网的三相线和零线，为保护后续电路免受大电流冲击，第一交流继电器KM1先断开，预充交流接触器KM2先闭合，交流电先通过交流预充电阻R1，R2，R3为后续电路提供电源，在预充过程结束后，交流预充接触器KM2断开，第一交流继电器KM1闭合，电网正式为后续电路供电。交流电源通过滤波电感L1、滤波电容C9将谐波滤除，交流电通过IGBT开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成的整流电路，将交流电转换成高电压直流电，

当三相电线A1、B1、C1输入为正电压时，IGBT开关管Q1、Q2、Q3导通，IGBT开关管Q4、Q5、Q6截止，当三相线A1、B1、C1输入为负电压时，IGBT开关管Q4、Q5、Q6导通，IGBT开关管Q1、Q2、Q3截止，这样使得交流电通过IGBT单元后输出总是正电压，而第一滤波电容C1作为高通滤波器，将输出电压整流成直流电，通过对IGBT单元的控制，使得整流电路的直流输出电压较高。当开关三极管Q7导通时，稳压管三极管Q8截止，储能电感L2和第一储能电容C4和第二储能电容C5充电。当开关三极管Q7截止时，储能电感L2和第一储能电容C4和第二储能电容C5放电，一次将系统的输出电压降到锂电池或超级电容的充电电压范围。

第二种工作情况为：第一交流继电器KM1和预充交流继电器KM2断开，第一直流继电器K1，为保护后续电路免受大电流冲击，软启动直流继电器K3闭合，第二直流继电器K2断开，在软启动电阻R4的作用下，电路趋于稳定，在电路稳定后，软启动直流继电器K3断开，第二直流继电器K2闭合，第二电容C2和第三电容C3将漏电流导出。IGBT开关管Q1和Q4在直流输入情况下，形成交流A1相的逆变电路；IGBT开关管Q2和Q5在直流输入情况下，形成交流B1相的逆变电路；IGBT开关管Q3和Q6在直流输入情况下，形成交流C1相的逆变电路。通过控制IGBT开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的导通和截止来实现A1，B1，C1电路相位相差1/3，以及控制PWM波的占空比来实现电压的大小来实现三相交流电的形成。此交流波一个周期分为6个部分，第一个1/6周期内，IGBT开关管Q1、Q5、Q3导通，IGBT开关管Q4、Q2、Q6截止；第二个1/6周期内，IGBT开关管Q1、Q5、Q6导通，IGBT开关管Q4、Q2、Q3截止；第三个1/6周期内，IGBT开关管Q1、Q2、Q6导通，IGBT开关管Q4、Q5、Q3截止；第四个1/6周期内，IGBT开关管Q4、Q2、Q6导通，IGBT开关管Q1、Q5、Q3截止；第五个1/6周期内，IGBT开关管Q4、Q2、Q3导通，IGBT开关管Q1、Q5、Q6截止；第六个1/6周期内，IGBT开关管Q4、Q5、Q3导通，IGBT开关管Q1、Q2、Q6截止，如此反复。随后，滤波电感L1和滤波电容C9组成的滤波电路将逆变电路的谐波滤除，之后通过交流接触器KM3给电机M供电。

第三种工作情况为：第一交流继电器KM1、交流预充继电器KM2断开，第一直流继电器K1断开。为保护后续电路免受大电流冲击，软启动直流继电器K3闭合，第二直流继电器K2断开，在软启动电阻R4的作用下，电路趋于稳定，在电路稳定后，软启动直流继电器K3断开，第二直流继电器K2闭合，第二电容C2和第三电容C3。IGBT开关管Q1和Q4在直流输入情况下，形成交流A1相的逆变电路；IGBT开关管Q2和Q5在直流输入情况下，形成交流B1相的逆变电路；IGBT开关管Q3和Q6在直流输入情况下，形成交流C1相的逆变电路。通过控制IGBT开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的导通和截止来实现A1，B1，C1电路相位相差1/3，以及控制PWM波的占空比来实现电压的大小来实现三相交流电的形成。此交流波一个周期分为6个部分，第一个1/6周期内，IGBT开关管Q1、Q5、Q3导通，IGBT开关管Q4、Q2、Q6截止；第二个1/6周期内，IGBT开关管Q1、Q5、Q6导通，IGBT开关管Q4、Q2、Q3截止；第三个1/6周期内，IGBT开关管IGBT模块Q1、Q2、Q6导通，IGBT开关管Q4、Q5、Q3截止；第四个1/6周期内，IGBT开关管Q4、Q2、Q6导通，IGBT开关管Q1、Q5、Q3截止；第五个1/6周期内，IGBT开关管Q4、Q2、Q3导通，IGBT开关管Q1、Q5、Q6截止；第六个1/6周期内，IGBT开关管Q4、Q5、Q3导通，IGBT开关管Q1、Q2、Q6截止，如此反复。随后，滤波电感L1和滤波电容C9组成的滤波电路将逆变电路的谐波滤除，之后通过第一交流继电器KM1给交流负载供电，这样A1，B1，C1即可以组成三相交流电，也可以单独通过其中一相为负载提供单相交流电。

Claims (5)

1.新能源船舶双向逆变电机控制器，其特征在于，包括第一交流继电器(KM1)、交流预充继电器(KM2)、交流预充电阻(R1，R2，R3)、IGBT单元、储能电感(L2)、储能电容、第一直流继电器(K1)、第二直流继电器(K2)、软启动直流继电器(K3)、软启动电阻(R4)，交流预充继电器(KM2)与交流预充电阻(R1，R2，R3)串联形成的支路与第一交流继电器(KM1)并联，第一交流继电器(KM1)与IGBT单元连接，IGBT单元分别与储能电感(L2)和第二直流继电器(K2)的一端连接，储能电感(L2)的另一端分别与储能电容(C4，C5)和第一直流继电器(K1)的一端连接，软启动直流继电器(K3)和软启动电阻(R4)串联形成的支路并联在第二直流继电器(K2)的两端，IGBT单元、储能电容分别连接电源负极端，第一直流继电器(K1)、第二直流继电器(K2)分别连接电源正极端。

2.根据权利要求1所述的新能源船舶双向逆变电机控制器，其特征在于，还包括第一滤波器，第一滤波器包括滤波电感(L1)、滤波电容(C9)、漏电电容，滤波电感(L1)电连接于第一交流继电器(KM1)与IGBT单元之间，滤波电容(C9)一端与第一交流继电器(KM1)连接，滤波电容(C9)另一端与漏电电容连接，漏电电容的一端与IGBT单元连接，漏电电容的另一端与电源负极端连接。

3.根据权利要求1所述的新能源船舶双向逆变电机控制器，其特征在于，还包括第一滤波电容(C1)，第一滤波电容(C1)一端与IGBT单元连接，第一滤波电容(C1)的另一端与电源负极端连接。

4.根据权利要求1所述的新能源船舶双向逆变电机控制器，其特征在于，还包括开关三极管(Q7)、稳压三极管(Q8)，开关三极管(Q7)连接于IGBT单元与储能电感(L2)之间，稳压三极管(Q8)的一端与储能电感(L2)连接，稳压三极管(Q8)的另一端电源负极端连接。

5.根据权利要求1所述的新能源船舶双向逆变电机控制器，其特征在于，还包括防反二极管(V4)，防反二极管(V4)连接于储能电感(L2)与第一直流继电器(K1)之间。

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