CN2225390Y

CN2225390Y - 电动车三相交流电力驱动装置

Info

Publication number: CN2225390Y
Application number: CN 95214096
Authority: CN
Inventors: 霍佃玖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-12
Filing date: 1995-06-12
Publication date: 1996-04-24
Anticipated expiration: 2005-06-12

Abstract

本实用新型涉及一种电动车三相交流电力驱动装置，由与非门IC₁组成RC低频脉冲发生器经整形后输出调频脉冲信号单元4，其输出至IC₂八进制计数/分配器及IC₃-三输入端或门组成的三相控制信号输出单元1，该信号再经同相，反相电路处理输出两高电平信号至桥式直流-三相交流变流电路之开关管T_a11、T_a12、T_a21、T_a22的控制极，其各输出侧L_a11、L_a12输出交变距形波或正弦波电流，此电流驱动三相交流电动轮/三相交流驱动桥之三相异步电动机M。

Description

电动车三相交流电力驱动装置

本实用新型涉及一种电动车三相交流电力驱动装置，尤其是一种用于微型电动汽车的以车载直流电源为动力的以三相交流电动机轮驱动的电动汽车专用直流--三相交流变流及供电装置。

当前世界各国以汽油为燃料的汽车为主要乘用车型，但它们正在遇到排放方面的麻烦，而高性能的，低污染或零污染的汽车还是一个艰巨的课题。

电动车--这是极为适合我国国情的新型乘用车辆，因其具有技术上和经济优势，必将得到迅速发展。但是，电动汽车在技术上有一些老大难课题，例如效率、重量、可靠性等，难以达到大批量生产和应用的程度，主要有车载电源及其变流装置，拖动设备和能源补给、行驰里程、重量速度、性能等问题急待解决，目前公知的上述问题的解决方案，还需要予以改进和提出新的先进的方案。

本实用新型的目的是提供一种用于电动车的三相交流电力驱动装置。其着重点在于解决车载直流电源变换成三相交流电源用以拖动三相交流电动轮/三相交流电动驱动桥。其中车载直流电源、三相交流电动轮/三相交流电力驱动桥将另案申请。

本实用新型的目的是这样实现的：该电动车三相交流电力驱动装置由数字电路与非门IC₁组成RC低频脉冲发生器，经过整形电路构成调频脉冲输出单元4，其输出信号接至IC₂～八进制计数/分配器和IC₃～三输入端3或门组成的三相控制信号输出单元1，该单元输出三相控制信号V_a、V_b、V_c接至三相桥式直流--交流变流单元3的各开关管的控制极，其输入侧接至车载直流电源2的正负极，其输出侧输出三相交流矩形波或正弦波电压接至三相交流电动轮/三相交流驱动桥6之感应式三相交流驱动电机M。

由于采用上述将车载直流电源经过桥式直流～三相交流变流装置以驱动交流感应电动机的电动车三相交流电力驱动方案，可以实现电动汽车交流驱动的目的。它极大的提高了整体可靠性，减少重量1/3，降低成本1/2，并且可以实现无级调速以及节省运行费用，消除污染等多种目标，本装置无变压器等元件，故其效率较高。

本实用新型给出的实施例和附图如下：

图1是本实用新型原理方框图。

图2是低频脉冲输出单元4和三相控制信号输出单元1和三相交流电源形成单元3总原理电路图。

图3是图2各部分的波形图。

图4是本实用新型第二实施例--共轭直流电动机--三相交流发电机--变压器式三相交流控制信号输出装置电路原理图。

图5是三个桥式直流--交流变流装置单元电原理接线图。

图6是用“J-K”触发器组成的三相正，反相控制信号输出装置电原理图。

图7是桥式直流--交流变流电路模块图。

图8是带有垂直散热鳍片的桥式直流--交流变流电路模块图。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，本实用新型的原理方框图如图1，它的核心部分是三相控制信号输出单元1，该单元在调频脉冲信号输出单元4的输出信号的推动下工作。本实施例如图2，它是由数字电路IC₁～CD4011和可变电阻VR、电容C组成RC脉冲振荡器，由VR调节振荡频率，它输出低频脉冲信号经与非门C整形和控制门D之后，进入由IC₂--CD4022八进制计数/分配器，它由时钟CP端输入，其输出各端子接至IC₃-CD-4075，3-三输入端或门，其Y₀、Y₁、Y₂接至第1或门，在这种接线方式下，或门在连续3个脉冲周期内维持输出高电平，第2或门输入侧接有Y₂、Y₃、Y₄，该Y₂信号是同时进入第一、第2两个或门的，因此，第二或门的输出是和第1或门形成重叠，其相差为2个输入脉冲周期，其第三或门工作情况类推。

如此构成三相循环工作信号输出电路，其输出信号记为V_0a、V_0b和V_0c。图3的波形图分别表明时钟脉冲CP(调频输出信号)，八进制计数/分配器输出信号Y₀-Y₁及三个或门输出的其相位差为2输入脉冲周期的矩形波三相控制信号V_0a、V_0b和V_0c。但是，这种三相信号只有半个周期，因此它还不能用于建立三相交流电路。

为了获得建立交流三相控制信号，本实用新型第一实施例采用图2所示的电路，它是由IC₄--CD4069六与非门a-d构成正反相电路，例如信号脉冲V_0a进入与非门“a”，在相位上V_0a1为零电位，而V_0a2为高是平，当V_0a为低电平时，两者刚好相反，如此便可获得两相的控制信号，其它两相类推。

在两相信号的推动下，当V_0a1为零时，桥式变流电路中T_a22、T_a21截止，V_0a2为高电平，T_a11、T_a12的基极(控制极)在信号电压为高电平时，进入饱和导通状态，直流电流经电源E_a1至T_a11的集电极至发射极至输出端子L_a1再经负载回路至L_a2至T_a12的集电极至发射极至E_a2完成半个周期的导通、其输出电流方向为L_a1--L_a2；在第2个脉冲到达时，情形刚好相反，T_a11、T_a12截止而T_a21、T₂₂饱和导通，电流方向是L_a2--L_a1，如此，在负载电路中，流通交变电流，其余两相类推，这样形成了完整的桥式直流--三相交流的变换过程。图中在各开关管集电极和发射板之间接有保护电容C，它防止在管子截止时产生过电压。

图3绘出了本实施例中反相及正相控制信号波形，V_0a1、V_0a2、V_0b1、V_0b2、V_0c1、V_0c2，它们实际上等于将V_0a1、V_0b1和V_0c1的基轴上两相邻波幅之间增加虚线部分矩形波，在它的驱动下，在桥式直流--三相交流变流电路的输出端L_a1--L_a2，L_b1--L_b2和L_c1--L_c2的负载电路中流过三相交变矩形波电流I_a、I_b和I_c。

图4给出第2实施例的原理接线图。它们以CD4011为基础构成RC振荡器，其输出接至J-K触发器IC₆--CD4027，在输入时钟信号CP的推动下，J-K触发器Q、Q端交替产生两相信号V₀₁和₀₂，并将其接至开关管T_a、T_b的控制极，在其电路中接有直流共轭电动机M的静子共轭绕组W₁和W₂，在该电机的拖动下，三相交流信号发电机发出标准正位波的三相交流控制信号V′_0a、V′_0b和V′_0c。此信号电压接至变压器T_a、T_b和T_c，其二次侧中点接“地”，并经过二极管D₁～D₁₂输出V_a11、V_a12、V_a21、V_a22，这是两组两相正--正弦波电压，它们接至桥式直流--三相交流变换电路中各开关管的控制极T_a11、T_a12和T_a21、T_a22使之轮流导通，并在输出端L_a1-L_a2输出正弦波交流电流L_a，其余两相类此。

图5示出本实施例中桥式直流三相交流变流装置功率元件原理接线图，它们可以独立构成一个模块。如图7和图8，桥式电路中T_a11和T_a21的集电极是等电位的，它们连接在一起并安装在散热片3上，它接至直流电源的正极E_a11、T_a12和T_a22的发射极等电位，它接在一起并接至直流电源负极E_a2，它们放在另一块散热片上，此二散热片互相绝缘。该散热片有水平式鳍片图7，和垂直式鳍片图8，它们外壳上面设置控制极端子b₁₁、b₁₂，b₂₁、b₂₂以及交流输出端子L₁、L₂，两个散热片则分别接至直流正负电源侧。该模块可以多个并联使用，它可用风冷，也可安放在油系统中采用油冷。

图6给出另一种产生两相电压的电路，由J-K触发器IC₇-IC₉-CD4027构成，其输入侧接至可调频脉冲输出单元4经三相控制信号输出单元1的V_0a、V_0b和V_0c的三相控制信号，分别进入J-K触发器的输入端CP，将J、K端子与Q、 Q端子交叉连接，则构成交变三相控制信号输出电路，其控制信号分别是V_a1、V_a2，V_b1、V_b2和V_c1、V_c2。

上述各元件集中安装在电路板上，形成一个工作单元。当它们的输出功率不足时，另需增加一个放大环节，图中未示出，它可用公知技术实施。

本实用新型中自动保护及控制单元5，采用中国专利942046005-电子/感应式直流电量表和42120248-蓄电池装置和/或直流系统充放电量自动控制装置及产品。

本实用新型的桥式直流--三相交流变流电路制成模块式结构后，为了增加其输出功率，除采用大功率开关管外，也可以采取并联接线的方式以扩大其输出功率，并联的原则是同名端相相接，另外，其控制信号回路中应增加放大环节，它们均可采用已知技术实施。例如各并联模块的控制极b₁₁、b₁₂、b₂₁、b₂₂；E₁和E₂，L₁、L₂等需要分别接在一起。其中若干个模块的直流侧的同名端子如E_a1、E_b1和E_c1连在一起，E_a2、E_b2和E_c2连在一起，再与直流电源的正负极连接之。它们也可以接到独立的，电压相同的，互不连接的三组直流电源上。

Claims

1、一种电动车三相交流电力驱动装置，其特征是，所说该装置由与非门IC₁组成RC低频脉冲发生器经过整形电路构成调频脉冲输出单元4，其输出的脉冲信号接至IC₂-八进制计数/分配器和IC₃-三输入端或门组成的三相控制信号输出单元1，该单元输出三相控制信号V_a、V_b和V_c接至桥式-三相交流变流单元3的多开关管T_a11]、T_a12，T_a21、T₂₂的各控制极b_a11、b_a12，b_a21、b₂₂，其余两相类推，其交流电路之输入侧接至车载直流电源2的正负极；其输出三相交流矩形波或正弦波电压接至三相交流电动轮/三相交流电力驱动桥6之驱动电机M；其频率连续可调。

2、根据权利要求1所述的电动车三相交流电力驱动装置，其特征在于，所说的调频脉冲信号输出单元4由IC₁(CD4011)-4二输入端与非门组成RC低频振荡器，经过两级与非门整形后，该单元4输出低频脉冲信号接至三相控制信号输出单元1，其脉冲频率为RC的乘积决定，并由电位器VR调整。

3、根据权利要求1所述的电动车三相交流电力驱动装置，其特征在于，所说三相控制信号输出单元1由八进制计数/分配器-IC₂(CD4022)和IC₃-3输入端或门(CD4075)组成的三相控制信号形成电路，其Y₀、Y₁、Y₂，Y₂、Y₃、Y₄和Y₀、Y₂、Y₅分别接至IC₃(CD4075)的输入端，该三个或门输出相位差为2个输入脉冲周期的三相电压信号V_0a、V_0b和V_0c，其周期为6输入信号周期，其波形为矩形波接至三相交流电源形成单元3。

4、根据权利要求1所述的电动车三相交流电力驱动装置，其特征在于，所说的三相交流电源形成单元3是由IC₄-CD4069组成正相反相推动级，由开关管T_a11、T_a12，T₂₁、T₂₂组成桥式直流一单相交流变流电路，其余两相类推，由上述三个桥式直流-交流变流电路组成三相交流电源形成单元3，其前级-三相控制信号输出单元1输的三相控制信号V_0a、V_0b和V_0c被接到本单元3的由IC₄(CD4069)组成的三组两级串联“与非门”，构成第1级反相信号V_0a1、V_0b1及V_0c1；在第2级给出同相信号V_0a2、V_0b2和V_0c2，此同相信号接至功率开关管T_a11、T_a12，T_b11和_b12和T_c11、T_c12的基极；反相信号接至各开关管T_a21、T_a22，T_b21、T_b22，T_c21、T_c22的基极；开关管T_a11与T_a22串联；T_a21与T_a22串联，此两串联电路并联后接至直流电源端子E_a1和E_a2，组成桥式直流-交流变换电路，其输出侧记为L_a1和L_a2，输出矩形波的交流电压，其它两相类推。

在各开关管的发射极e和集电极c之间接有补偿电容C_a11、C_a21和C_a12、C_a22，其余各相类推，各开关管可用三极管，场效应管和达林顿管，并可在控制信号回路中增加推动管。

5、根据权利要求1所述的电动车三相交流电力驱动装置，其特征在于，所说该装置的前级调频脉冲信号输出单元4是由IC₅-(CD4011)-四2输入端与非门组成脉冲振荡器，其振荡频率由RC的乘绩确定，其振荡信号经整形后接至IC_G(CD4027)-双J-K触发器的CP端，将“J”，“K”与“Q”“ Q”交叉连接并将“R”，“S”端接地，其“Q”、“ Q”端子上输出两相脉冲信号V_Q、V_Q，此信号引入T_a、T_b组成的共轭直流电动机M的绕组W₁及W₂，该电动机直接拖动三相交流信号发电机G同步旋转，该发电机G输出三相交流正弦电压信号至变压器T_a、T_b、T_c，该变压器二次侧输出两组相位相反的三相正弦波信号电压V_a11、V_a12及V_a21、V_a22，其余两相类推，此信号电压接至桥式变换电路中T₁₁、T₁₂及T₂₁、T₂₂的基极(控制极)b₁₁、b₁₂及b₂₁、b₂₂，其输出端L_a1及L_a2输出交流正弦波电压，其余两相类推，在各输出端接有二极管D₁～D₁₂。

6、根据权利要求1所述的电动车三相交流电力驱动装置，其特征在于，所说的三相交流电源形成单元3的桥式直流-交流变流装置，由开关管T₁₁、T₁₂、T₂₁、T₂₂安装在电路板上，并将其制成模块(1)，它有4个控制极端子(b₁₁、b₂₁、b₂₂、b₁₂)；两个输出端子L₁、L₂及直流端子D₁、D₂；该模块有鳍片式散热片(3)、在该散热片上固定安装开关管，并接有发射极或集电极引线，在模块两侧设置安装孔(4、5)。

7、根据权利要求1所述的电动车三相交流电力驱动装置，特征在于，所说三相控制信号输出单元1的输出信号V_a、V_b和V_c接至IC₇～IC₉(3×CD4027)-双J-K触发器，其“J”、“K”端和“Q”、“ Q”端交叉连接，其输出电压信号：V_a1、V_a2，V_b1、V_b2，V_c1、V_c2引至直流-交流桥式变换电路的开关管的各控制极b_a11、b_a12；b_a21、b_a22；b_b11、b_b12；b_b21、b_b22；b_c11、b_c12；b_c21、b_c22。

8、根据权利要求1所述的电动车三相交流电力驱动装置，其特征在于，所说的三相交流电源形成单元3的各相出口电路L_a1-L_a2、L_b1-L_b2和L_c1、L_c2为各自绝缘的独立电路。

9、根据权利要求1所述的电动车三相交流电力驱动装置，其特征在于，所说的三相交流电源成单元3的交流输出侧L_a1-L_a2，L_b1-L_b2，L_c1-L_c2端子间，分别接补偿电容器Ca、Cb、Cc。

10、根据权利要求1所述的电动车三相交流电力驱动装置，其特征在于，所说的桥式直流--三相交流变流模块(1)，为每相多个并联接线，其各对应的同名端子短接在一起；各个模块、排列顺序是其电源侧端子E_a1、E_b1、E_c1相互短接；E_a2、E_b2、E_c2相互短接后，两者接至车载直流电源的正负端，也可以分别接到三组互不连接的直流电源上。