MD1477Z - Alternating-current voltage-to-direct-current voltage converter for electromobiles - Google Patents
Alternating-current voltage-to-direct-current voltage converter for electromobiles Download PDFInfo
- Publication number
- MD1477Z MD1477Z MDS20190070A MDS20190070A MD1477Z MD 1477 Z MD1477 Z MD 1477Z MD S20190070 A MDS20190070 A MD S20190070A MD S20190070 A MDS20190070 A MD S20190070A MD 1477 Z MD1477 Z MD 1477Z
- Authority
- MD
- Moldova
- Prior art keywords
- branch
- arm
- transistor
- series
- branches
- Prior art date
Links
Landscapes
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
Description
Invenţia se referă la electrotehnică şi electroenergetică, şi anume la convertoare de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu în sistemele electrice şi electroenergetice. The invention relates to electrical engineering and electroenergetics, namely to converters of alternating current voltage into direct current voltage in electrical and electroenergetics systems.
Este cunoscut un convertor de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu pentru electromobile, care conţine un transformator de curent alternativ la frecvenţă industrială de 50 sau 60 Hz şi un redresor, constituit din diode şi tiristoare [1]. An alternating current voltage converter to direct current voltage for electric vehicles is known, which contains an alternating current transformer at industrial frequency of 50 or 60 Hz and a rectifier, consisting of diodes and thyristors [1].
Dezavantajul acestui convertor constă în faptul, că în acesta se foloseşte un transformator de tensiune joasă, care are dimensiuni şi masă mare, necesită pentru confecţionare cantităţi substanţiale de materiale consumabile, ce conduce la majorarea costului instalaţiei şi a pierderilor de energie în procesul de funcţionare, care are impact asupra valorii randamentului, iar folosirea unui redresor cu diode şi tiristoare nu permite transferul bidirecţional de energie. The disadvantage of this converter is that it uses a low-voltage transformer, which has large dimensions and mass, requires substantial quantities of consumable materials for manufacturing, which leads to an increase in the cost of the installation and energy losses in the operating process, which has an impact on the efficiency value, and the use of a rectifier with diodes and thyristors does not allow bidirectional energy transfer.
Se cunoaşte, de asemenea, un convertor de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu pentru electromobile, care conţine o sursă de curent alternativ, un filtru de armonici superioare, o punte de redresare, un corector al factorului de putere (ce constă din doi tranzistori, două diode, dintr-un condensator electrolitic şi o inductanţă), patru tranzistori, două transformatoare de frecvenţă înaltă, un redresor cu patru diode şi un filtru cu condensatori de tip electrolitic [2]. An alternating current to direct current voltage converter for electric vehicles is also known, which contains an alternating current source, a harmonic filter, a rectifier bridge, a power factor corrector (consisting of two transistors, two diodes, an electrolytic capacitor and an inductance), four transistors, two high-frequency transformers, a four-diode rectifier and an electrolytic capacitor filter [2].
Dezavantajul acestui convertor constă în faptul, că în acesta se foloseşte un număr mare de componente feromagnetice şi de tranzistori, care conduce la majorarea costului instalaţiei şi a pierderilor de energie în instalaţie în timpul funcţionării, iar folosirea redresorului cu diode nu permite transferul bidirecţional de energie. Folosirea condensatoarelor de tip electrolitic are ca urmare micşorarea duratei de exploatare a convertorului. The disadvantage of this converter is that it uses a large number of ferromagnetic components and transistors, which leads to an increase in the cost of the installation and energy losses in the installation during operation, and the use of a diode rectifier does not allow for bidirectional energy transfer. The use of electrolytic capacitors results in a decrease in the operating life of the converter.
Este, de asemenea, cunoscută instalaţia pentru convertizarea energiei cu utilizarea tranzistorilor, care este selectată în calitate de cea mai apropiată soluţie - prototip, care conţine o sursă de curent alternativ, un redresor, care cumulează şi funcţia de corecţie a factorului de putere (constă din două inductanţe, şase tranzistori şi un condensator electrolitic), un convertor DC/DC, constituit din patru tranzistori, două transformatoare de frecvenţă înaltă, opt tranzistori şi două condensatore electrolitice în circuitul secundar [3]. The installation for converting energy using transistors is also known, which is selected as the closest solution - prototype, which contains an alternating current source, a rectifier, which also combines the power factor correction function (consists of two inductors, six transistors and an electrolytic capacitor), a DC/DC converter, consisting of four transistors, two high-frequency transformers, eight transistors and two electrolytic capacitors in the secondary circuit [3].
Dezavantajul acestei instalaţii constă în faptul, că în această instalaţie se foloseşte un număr mare de elemente feromagnetice şi de tranzistori, care conduc la majorarea costului instalaţiei şi a pierderilor de energie în instalaţie, iar folosirea condensatoarelor electrolitice conduce la micşorarea duratei de exploatare a instalaţiei. The disadvantage of this installation is that it uses a large number of ferromagnetic elements and transistors, which increases the cost of the installation and energy losses in the installation, and the use of electrolytic capacitors reduces the operating life of the installation.
Problema pe care o rezolvă invenţia constă în majorarea randamentului, micşorarea costului şi mărirea duratei de exploatare a convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu pentru electromobile. The problem that the invention solves consists in increasing the efficiency, reducing the cost and increasing the operating life of the AC to DC voltage converter for electric vehicles.
În convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu, conform invenţiei, dezavantajele menţionate mai sus se exclud prin aceea, că pentru majorarea randamentului prin diminuarea pierderilor sumare de energie, micşorarea costului de confecţionare şi majorarea duratei de exploatare a convertorului se utilizează un număr mai mic de tranzistori, diode şi elemente feromagnetice. In the AC to DC voltage converter according to the invention, the above-mentioned disadvantages are eliminated by the fact that a smaller number of transistors, diodes and ferromagnetic elements are used to increase efficiency by reducing total energy losses, reducing manufacturing costs and increasing the operating life of the converter.
Convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu pentru electromobile conţine o sursă de curent alternativ; conectat în paralel cu sursa un filtru de armonici superioare, compus dintr-o inductanţă şi un condensator, conectate în serie; conectate în paralel cu condensatorul două braţe, conectate în serie şi formate din trei ramuri, conectate în paralel; prima ramură a primului braţ, formată dintr-o diodă şi un tranzistor, conectate în serie; a doua ramură a primului braţ, formată dintr-un tranzistor şi o diodă, conectate în serie; a treia ramură a primului braţ, formată dintr-un condensator; prima ramură a al doilea braţ, formată dintr-o diodă şi un tranzistor, conectate în serie; a doua ramură a al doilea braţ, formată dintr-un tranzistor şi o diodă, conectate în serie; a treia ramură a al doilea braţ, formată dintr-un condensator; o inductanţă, conectată în punctele comune de conexiune a componentelor primei şi a doua ramuri ale primului braţ; o inductanţă, conectată în punctele comune de conexiune a componentelor primei şi a doua ramuri ale al doilea braţ; o bobină primară a unui transformator de frecvenţă înaltă, executat cu întrefier, conectată în punctele comune de conexiune a componentelor ambelor ramuri ale diferitor braţe; trei ramuri, conectate în paralel, unde prima ramură este formată din tranzistori, a doua ramură este formată din condensatori, iar a treia ramură este formată dintr-o inductanţă şi un acumulator de bord; o bobină secundară a transformatorului de frecvenţă înaltă, conectată în punctele comune de conexiune a tranzistorilor ai primei ramuri şi a condensatoarelor ale a doua ramuri. The AC voltage converter for electric vehicles contains an AC source; connected in parallel with the source a higher harmonic filter, composed of an inductance and a capacitor, connected in series; connected in parallel with the capacitor two arms, connected in series and formed of three branches, connected in parallel; the first branch of the first arm, formed of a diode and a transistor, connected in series; the second branch of the first arm, formed of a transistor and a diode, connected in series; the third branch of the first arm, formed of a capacitor; the first branch of the second arm, formed of a diode and a transistor, connected in series; the second branch of the second arm, formed of a transistor and a diode, connected in series; the third branch of the second arm, formed of a capacitor; an inductance, connected at the common connection points of the components of the first and second branches of the first arm; an inductance, connected to the common connection points of the components of the first and second branches of the second arm; a primary coil of a high-frequency transformer, made with an air gap, connected to the common connection points of the components of both branches of the different arms; three branches, connected in parallel, where the first branch is formed by transistors, the second branch is formed by capacitors, and the third branch is formed by an inductance and an on-board battery; a secondary coil of the high-frequency transformer, connected to the common connection points of the transistors of the first branch and the capacitors of the second branch.
Rezultatul tehnic al invenţiei constă în majorarea randamentului, micşorarea costului de confecţionare şi majorarea duratei de exploatare a convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu. The technical result of the invention consists in increasing the efficiency, reducing the manufacturing cost and increasing the operating life of the AC to DC voltage converter.
Micşorarea costului de confecţionare a convertorului se asigură prin simplificarea schemei lui electrice datorită excluderii a mai multor componente funcţionale, în comparaţie cu cea mai apropiată soluţie ca urmare a faptului, că în soluţia propusă se foloseşte o singură treaptă de convertizare a energiei. Sunt excluse următoarele elemente: condensatorul electrolitic în corectorul factorului de putere, care este înlocuit cu condensatorul cu film dielectric cu valoarea mică a capacităţii, care se foloseşte pentru filtrarea armonicilor superioare de comutaţie. Condensatorul cu film dielectric filtrează armonicile multiple ale frecvenţei fundamentale a reţelei de alimentare. În prototip funcţia de filtrare a armonicilor multiple ale frecvenţei reţelei de alimentare este îndeplinită de condensatorul electrolitic. Sunt excluse, de asemenea, patru tranzistoare, transformatorul feromagnetic şi condensatorul electrolitic din circuitul secundar al convertorului în comparaţie cu schema prototipului. Micşorarea costului de confecţionare a convertorului se datorează de asemenea şi micşorării lungimii cablajului, ce formează circuitele de legătură dintre componentele funcţionale ale convertorului din prototip şi a schemei de comandă, care prevede dirijarea cu un număr mai mic de tranzistori. The cost of manufacturing the converter is reduced by simplifying its electrical circuit due to the exclusion of several functional components, compared to the closest solution due to the fact that a single energy conversion stage is used in the proposed solution. The following elements are excluded: the electrolytic capacitor in the power factor corrector, which is replaced by a dielectric film capacitor with a small capacitance value, which is used to filter the higher switching harmonics. The dielectric film capacitor filters multiple harmonics of the fundamental frequency of the power supply network. In the prototype, the function of filtering multiple harmonics of the power supply network frequency is performed by the electrolytic capacitor. Four transistors, the ferromagnetic transformer and the electrolytic capacitor in the secondary circuit of the converter are also excluded compared to the prototype circuit. The reduction in the cost of manufacturing the converter is also due to the reduction in the length of the wiring, which forms the connection circuits between the functional components of the prototype converter and the control scheme, which provides for control with a smaller number of transistors.
Majorarea randamentului convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu pentru electromobil este o urmare a micşorării numărului de componente feromagnetice, de tranzistori şi diode în comparaţie cu convertorul din prototip, care se asigură prin excluderea a două condensatoare electrolitice, a patru tranzistori şi a transformatorului feromagnetic de frecvenţă înaltă. Excluderea acestor componente are ca urmare micşorarea pierderilor de energie şi majorarea randamentului convertorului propus. The increase in the efficiency of the AC to DC converter for the electric vehicle is a result of the reduction in the number of ferromagnetic components, transistors and diodes compared to the prototype converter, which is ensured by the exclusion of two electrolytic capacitors, four transistors and the high-frequency ferromagnetic transformer. The exclusion of these components results in the reduction of energy losses and the increase in the efficiency of the proposed converter.
Majorarea duratei de exploatare a convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu se asigura datorită faptului, că sunt excluse condensatoarele electrolitice, care au o durată limitată de exploatare în comparaţie cu condensatoarele cu film dielectric. The increase in the operating life of the AC to DC voltage converter is ensured by the fact that electrolytic capacitors are excluded, which have a limited operating life compared to dielectric film capacitors.
Toate aceste elemente contribuie la atingerea scopului invenţiei - majorarea randamentului, micşorarea costului de confecţionare şi majorarea duratei de exploatare a convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu pentru electromobile. All these elements contribute to achieving the purpose of the invention - increasing the efficiency, reducing the manufacturing cost and increasing the operating life of the AC to DC voltage converter for electric vehicles.
Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-3, care reprezintă: The invention is explained by the drawings in Fig. 1-3, which represent:
- fig. 1, schema echivalentă a convertorului; - Fig. 1, equivalent circuit diagram of the converter;
- fig. 2, diagrama curbei de tensiune la intrarea convertorului AC/DC, curba legii frecvenţei de comutaţie a tranzistorilor şi impulsurilor de comandă a tranzistorilor; - Fig. 2, diagram of the voltage curve at the input of the AC/DC converter, the law curve of the switching frequency of the transistors and the control pulses of the transistors;
- fig. 3, diagrama impulsurilor de comandă a tranzistorilor şi forma curbelor de tensiune şi curent în componentele convertorului. - Fig. 3, diagram of the transistor control pulses and the shape of the voltage and current curves in the converter components.
Explicarea poziţiilor din fig. 1: Explanation of the positions in Fig. 1:
1 - sursa de curent alternativ monofazată; 2 - inductanţa filtrului armonicilor superioare; 3, 4 - diodele; 5,6 - tranzistorii; 7, 8 - inductanţele, folosite în procesul de returnare a energie fluxului magnetic de scăpări; 9, 10 - tranzistorii, folosiţi în procesul de returnare a energie fluxului magnetic de scăpări; 11, 12 - diodele; 13, 14 - condensatoarele cu film dielectric pentru stocarea energiei fluxului magnetic de scăpări a transformatorului de frecvenţă înaltă; 15, 16 - bobinele primară şi secundară a transformatorului de frecvenţă înaltă; Tr - miezul feromagnetic al transformatorului de frecvenţă înaltă, confecţionat cu întrefier; 17 - condensatorul cu film dielectric al filtrul de armonici superioare; 18, 19 - tranzistorii în circuitul secundar; 20, 21 - condensatoarele cu film dielectric de filtrare a armonicilor superioare; 22 - inductanţa pentru filtrarea armonicilor superioare; 23 - acumulatorul de bord al electromobilului. 1 - single-phase alternating current source; 2 - inductance of the harmonic filter; 3, 4 - diodes; 5,6 - transistors; 7, 8 - inductances, used in the process of returning energy to the magnetic flux of leakage; 9, 10 - transistors, used in the process of returning energy to the magnetic flux of leakage; 11, 12 - diodes; 13, 14 - dielectric film capacitors for storing the energy of the magnetic flux of leakage of the high-frequency transformer; 15, 16 - primary and secondary coils of the high-frequency transformer; Tr - ferromagnetic core of the high-frequency transformer, made with an air gap; 17 - dielectric film capacitor of the harmonic filter; 18, 19 - transistors in the secondary circuit; 20, 21 - dielectric film capacitors for filtering higher harmonics; 22 - inductance for filtering higher harmonics; 23 - electric vehicle's on-board battery.
Explicarea poziţiilor din fig. 2: Explanation of the positions in Fig. 2:
41 - tensiunea sursei de curent alternativ 1 (vezi fig. 1); 41 - voltage of alternating current source 1 (see fig. 1);
42 - legea frecvenţei de comutare a tranzistoarelor; 42 - law of switching frequency of transistors;
43 - impulsul de comandă, aplicat la tranzistorul 5; 43 - control pulse, applied to transistor 5;
44 - impulsul de comandă, aplicat la tranzistorul 6; 44 - control pulse, applied to transistor 6;
45 - impulsul de comandă, aplicat la tranzistorul 18; 45 - control pulse, applied to transistor 18;
46 - impulsul de comandă, aplicat la tranzistorul 19; 46 - control pulse, applied to transistor 19;
Explicarea poziţiilor din fig. 3 Explanation of the positions in Fig. 3
51 - impulsul de comandă, aplicat la tranzistorul 6; 51 - control pulse, applied to transistor 6;
52 - impulsul de comandă, aplicat la tranzistorul 10; 52 - control pulse, applied to transistor 10;
53 - tensiunea tranzistorului 6 (vezi fig. 1); 53 - transistor 6 voltage (see fig. 1);
54 - curentul, care se scurge prin tranzistorul 6; 54 - current flowing through transistor 6;
55 - tensiunea tranzistorului 10 (vezi fig. 1); 55 - transistor voltage 10 (see fig. 1);
56 - curentul, care se scurge prin dioda 12; 56 - the current flowing through diode 12;
57 - curentul, care se scurge prin dioda 4; 57 - current flowing through diode 4;
58 - curentul, care se scurge prin tranzistorul 10; 58 - current flowing through transistor 10;
59 - curentul, care se scurge prin tranzistorul 18 (vezi fig. 1); 59 - the current flowing through transistor 18 (see fig. 1);
510 - curentul, care se scurge prin tranzistorul 19; 510 - the current flowing through transistor 19;
511 - tensiunea acumulatorului de bord 23 (vezi fig. 1); 511 - voltage of the on-board battery 23 (see fig. 1);
512 - tensiunea în punctul comun de conectare a condensatoarelor 20, 21. 512 - voltage at the common connection point of capacitors 20, 21.
Convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu pentru electromobile (vezi fig. 1) conţine sursa de curent alternativ 1; conectat în paralel cu sursa 1 filtrul de armonici superioare, compus din inductanţa 2 şi condensatorul 17, conectate în serie; conectate în paralel cu condensatorul 17 două braţe, conectate în serie şi formate din trei ramuri, conectate în paralel; prima ramură a primului braţ, formată din dioda 3 şi tranzistorul 9, conectate în serie; a doua ramură a primului braţ, formată din tranzistorul 5 şi dioda 11, conectate în serie; a treia ramură a primului braţ, formată din condensatorul 13; prima ramură a al doilea braţ, formată din dioda 4 şi tranzistorul 10, conectate în serie; a doua ramură a al doilea braţ, formată din tranzistorul 6 şi dioda 12, conectate în serie; a treia ramură a al doilea braţ, formată din condensatorul 14; inductanţa 7, conectată în punctele comune de conexiune a componentelor primei şi a doua ramuri ale primului braţ; inductanţa 8, conectată în punctele comune de conexiune a componentelor primei şi a doua ramuri ale al doilea braţ; bobina primară 15 a transformatorului de frecvenţă înaltă, executat cu întrefier, conectată în punctele comune de conexiune a componentelor ambelor ramuri ale diferitor braţe; trei ramuri, conectate în paralel, unde prima ramură este formată din tranzistorii 18 şi 19, a doua ramură este formată din condensatorii 20 şi 21, iar a treia ramură este formată din inductanţa 22 şi acumulatorul de bord 23; bobina secundară 16 a transformatorului de frecvenţă înaltă, conectată în punctele comune de conexiune a tranzistorilor 18 şi 19 ai primei ramuri şi a condensatoarelor 20 şi 21 ale a doua ramuri. The AC voltage converter for electric vehicles (see Fig. 1) contains the AC source 1; connected in parallel with the source 1 the higher harmonic filter, consisting of the inductance 2 and the capacitor 17, connected in series; connected in parallel with the capacitor 17 two arms, connected in series and formed by three branches, connected in parallel; the first branch of the first arm, formed by the diode 3 and the transistor 9, connected in series; the second branch of the first arm, formed by the transistor 5 and the diode 11, connected in series; the third branch of the first arm, formed by the capacitor 13; the first branch of the second arm, formed by the diode 4 and the transistor 10, connected in series; the second branch of the second arm, formed by the transistor 6 and the diode 12, connected in series; the third branch of the second arm, formed by the capacitor 14; inductance 7, connected to the common connection points of the components of the first and second branches of the first arm; inductance 8, connected to the common connection points of the components of the first and second branches of the second arm; primary coil 15 of the high-frequency transformer, made with an air gap, connected to the common connection points of the components of both branches of the different arms; three branches, connected in parallel, where the first branch is formed by transistors 18 and 19, the second branch is formed by capacitors 20 and 21, and the third branch is formed by inductance 22 and the on-board battery 23; secondary coil 16 of the high-frequency transformer, connected to the common connection points of transistors 18 and 19 of the first branch and capacitors 20 and 21 of the second branch.
Convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu trebuie să asigure un nivel minim de perturbare a reţelei de alimentare în curent alternativ de către armonicile superioare de curent. Aceasta se asigură prin faptul, că convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu consumă din reţea un curent practic de formă sinusoidală. Acest regim de consum a curentului sinusoidal este posibil de realizat la frecvenţa variabilă de comutaţie a tranzistorilor convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu. The AC to DC voltage converter must ensure a minimum level of disturbance of the AC power supply network by higher current harmonics. This is ensured by the fact that the AC to DC voltage converter consumes a practically sinusoidal current from the network. This sinusoidal current consumption regime is possible to achieve at the variable switching frequency of the AC to DC voltage converter transistors.
Variaţia frecvenţei de comutaţie se supune legii fcom = (uAC /UEV), în care uAC - valoarea instantanee a tensiunii reţelei de alimentare; UEV - tensiunea la bornele acumulatorului de bord 23 al electromobilului; fcom - frecvenţa de comutaţie a tranzistorului 5 pentru alternanţa pozitivă a tensiunii reţelei de alimentare, şi a tranzistorului 6 pentru alternanţa negativă a tensiunii. Durata impulsului de comandă a tranzistoarelor este variabilă. Durata este determinată de procesul de magnetizare liniară a miezului feromagnetic Tr al transformatorului de frecvenţă înaltă, fabricat cu întrefier. The variation of the switching frequency is subject to the law fcom = (uAC /UEV), where uAC - the instantaneous value of the supply network voltage; UEV - the voltage at the terminals of the on-board battery 23 of the electric vehicle; fcom - the switching frequency of the transistor 5 for the positive alternation of the supply network voltage, and of the transistor 6 for the negative alternation of the voltage. The duration of the control pulse of the transistors is variable. The duration is determined by the process of linear magnetization of the ferromagnetic core Tr of the high-frequency transformer, manufactured with an air gap.
Impulsurile de comandă pentru tranzistorii 9, 10 au frecvenţa şi forma impulsurilor pentru tranzistorii 5,6, dar sunt inversate şi este introdusă pauză de comutaţie. The control pulses for transistors 9, 10 have the frequency and shape of the pulses for transistors 5, 6, but are inverted and a switching pause is introduced.
Principiul de funcţionare al convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu este prezentat pentru regimul cel mai dificil de funcţionare, deci pentru cazul puterii maxime instantanee de transfer al energiei, care are loc la valoarea maximă a tensiunii instantanee uAC = Um.AC, unde Um.AC - amplitudinea tensiunii 41, aplicată la intrarea convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu. The operating principle of the AC to DC voltage converter is presented for the most difficult operating mode, i.e. for the case of the maximum instantaneous power of energy transfer, which occurs at the maximum value of the instantaneous voltage uAC = Um.AC, where Um.AC - the amplitude of the voltage 41, applied to the input of the AC to DC voltage converter.
Fie că în momentul de timp t1 (vezi fig. 3) procesul derulează pe alternanţa pozitivă a tensiunii 41. În acest moment, la tranzistorul 6, se aplică impulsul de comandă 51. Concomitent, la tranzistorul 5 se aplică impulsul de comandă 44 (vezi fig. 2), care este aplicat permanent pe toată durata alternanţei pozitive a tensiunii 41. Let at time t1 (see fig. 3) the process proceeds on the positive alternation of voltage 41. At this moment, to transistor 6, the control pulse 51 is applied. At the same time, to transistor 5, the control pulse 44 is applied (see fig. 2), which is applied permanently throughout the positive alternation of voltage 41.
La deschiderea tranzistorului 6 se formează circuitul ce include componentele 1-2-5-15-6-1. Sub acţiunea tensiunii 41 a sursei de curent alternativ 1, în acest circuit se scurge curentul 53 prin bobina primară 15 a transformatorului de frecvenţă înaltă. Datorită inductanţei fluxului magnetic al transformatorului de frecvenţă înaltă are loc o creştere lentă a curentului în acest circuit de la valoarea zero până la valoarea lui nominală pe durata de timp t1 - t2. Astfel, se asigură regimul de comutaţie la curentul egal cu zero a tranzistorului 6, ce conduce la micşorarea pierderilor de comutaţie. Tensiunea 53 asigură transferul energiei de la reţeaua de alimentare de curent alternativ 1 în câmpul magnetic al transformatorului de frecvenţă înaltă. În acelaşi timp, graţie legăturii mutuale a bobinei primare 15 şi bobinei secundare 16, are loc alimentarea circuitului, format din componentele 16-19-21-16, prin care se scurge curentul 59. Datorită curentului 59 energia din sursa de curent alternativ 1 se transmite în câmpul electric al condensatorului 21 şi în acumulatorul de bord 23 al electromobilului prin inductanţa 22 şi condensatorul 20. În circuitul 16-19-21-16 inductanţa fluxului magnetic de scăpări a transformatorului de frecvenţă înaltă şi condensatoarele 20 şi 21 sunt ajustate în regim de rezonanţă. Astfel, se asigură o schimbare relativ lentă a curentului în acest circuit. Concomitent, are loc deplasarea valorii maxime a curentului tranzistorului 6 din zona de comutaţie de la sfârşitul impulsului de comandă 51 spre mijlocul intervalului de conducţie a tranzistorului 6. Aceasta conduce la micşorarea pierderilor de comutaţie a tranzistorilor. When the transistor 6 is opened, the circuit is formed, which includes the components 1-2-5-15-6-1. Under the action of the voltage 41 of the alternating current source 1, the current 53 flows in this circuit through the primary coil 15 of the high-frequency transformer. Due to the inductance of the magnetic flux of the high-frequency transformer, a slow increase in the current in this circuit from zero to its nominal value occurs during the time t1 - t2. Thus, the switching mode at the current equal to zero of the transistor 6 is ensured, which leads to a decrease in switching losses. The voltage 53 ensures the transfer of energy from the alternating current supply network 1 to the magnetic field of the high-frequency transformer. At the same time, thanks to the mutual connection of the primary coil 15 and the secondary coil 16, the circuit consisting of components 16-19-21-16 is powered, through which the current 59 flows. Due to the current 59, the energy from the alternating current source 1 is transmitted to the electric field of the capacitor 21 and to the on-board battery 23 of the electric vehicle through the inductance 22 and the capacitor 20. In the circuit 16-19-21-16, the inductance of the leakage magnetic flux of the high-frequency transformer and the capacitors 20 and 21 are adjusted in resonance. Thus, a relatively slow change in the current in this circuit is ensured. At the same time, the maximum value of the current of the transistor 6 is shifted from the switching zone at the end of the control pulse 51 towards the middle of the conduction interval of the transistor 6. This leads to the reduction of the switching losses of the transistors.
Aceste procese au loc până la momentul de timp t3 (vezi fig. 3), deci până la momentul de scoatere a impulsului de comandă 51 a tranzistorului 6. În momentul de timp t3 tranzistorul 6 se închide. Deoarece, în câmpul fluxului magnetic de scăpări şi în câmpul magnetic din întrefierul miezului magnetic al transformatorului de frecvenţă înaltă este acumulată energie, la închiderea tranzistorului 6 se formează două circuite. Primul circuit apare la deschiderea diodei 12 în momentul de timp t3 şi include componentele 15-12-13-5-15. În acest circuit apare curentul 56. Circuitul al doilea apare la deschiderea diodei interioare a tranzistorului 18. Acest circuit este format din componentele 16-18-20-16. În primul circuit 15-12-13-5-15 energia acumulată în câmpul fluxului magnetic de scăpări a transformatorului de frecvenţă înaltă este vehiculată în condensatorul 13 în intervalul de timp t3-t5 (vezi fig. 3) până la închiderea diodei 4 în momentul de timp t5. În circuitul al doilea 16-18-20-16 apare curentul 510, prin care se produce transferul energiei din câmpul magnetic din întrefierul transformatorului de frecvenţă înaltă şi din câmpul electric al condensatorului 21 în acumulatorul de bord al electromobilului cu tensiunea 511 în intervalul de timp t3-t8. These processes take place until the time t3 (see Fig. 3), i.e. until the time of output of the control pulse 51 of the transistor 6. At the time t3 the transistor 6 closes. Since, in the field of the magnetic flux of leakage and in the magnetic field in the air gap of the magnetic core of the high-frequency transformer, energy is accumulated, when the transistor 6 closes, two circuits are formed. The first circuit appears when the diode 12 opens at the time t3 and includes the components 15-12-13-5-15. In this circuit, the current 56 appears. The second circuit appears when the internal diode of the transistor 18 opens. This circuit consists of the components 16-18-20-16. In the first circuit 15-12-13-5-15 the energy accumulated in the magnetic flux field of the high-frequency transformer is circulated in the capacitor 13 in the time interval t3-t5 (see Fig. 3) until the diode 4 is closed at time t5. In the second circuit 16-18-20-16 the current 510 appears, through which the energy is transferred from the magnetic field in the air gap of the high-frequency transformer and from the electric field of the capacitor 21 to the on-board battery of the electric vehicle with the voltage 511 in the time interval t3-t8.
În momentul t4 se aplică impulsul de comandă 52 la tranzistorul 10 cu formarea circuitului 13-10-8-15-5-13. Energia acumulată în condensatorul 13 se transferă prin transformatorul de frecvenţă înaltă şi prin circuitul 16-18-20-16 în acumulatorul de bord 23 al electromobilului. Acest proces va avea loc până la momentul de timp t6, când se va scoate impulsul de comandă 52 a tranzistorului 10. Energia acumulată în condensatoarele 13, 14 este proporţională cu energia câmpului magnetic a fluxului de scăpări a bobinei primare 15 a transformatorului de frecvenţă înaltă. Energia fluxului magnetic de scăpări a bobinei primare 15 este mică şi valoarea ei maximală nu depăşeşte 3% din energia fluxului fundamental al transformatorului de frecvenţă înaltă. Urmare a acestora, tranzistorul 10 este de putere mică. At time t4, the control pulse 52 is applied to the transistor 10 with the formation of the circuit 13-10-8-15-5-13. The energy accumulated in the capacitor 13 is transferred through the high-frequency transformer and through the circuit 16-18-20-16 to the on-board battery 23 of the electric vehicle. This process will take place until time t6, when the control pulse 52 of the transistor 10 will be removed. The energy accumulated in the capacitors 13, 14 is proportional to the magnetic field energy of the leakage flux of the primary coil 15 of the high-frequency transformer. The energy of the leakage magnetic flux of the primary coil 15 is small and its maximum value does not exceed 3% of the energy of the fundamental flux of the high-frequency transformer. As a result, the transistor 10 is of low power.
În momentul t6, datorită energiei acumulate în inductanţa 8, se deschide dioda 4 şi această energie de asemenea se transferă în acumulatorul de bord 23 al electromobilului prin transformatorul de frecvenţă înaltă şi prin circuitul 16-18-20-16 în intervalul de timp t6-t7 până la închiderea diodei 4. În momentul de timp t8 se aplică un nou impuls de comandă 51 la tranzistorul 5. După deschiderea tranzistorului 5 se repetă procesul descris mai sus privind modalitatea de funcţionare a convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu. At time t6, due to the energy accumulated in the inductance 8, the diode 4 opens and this energy is also transferred to the on-board battery 23 of the electric vehicle through the high-frequency transformer and through the circuit 16-18-20-16 in the time interval t6-t7 until the diode 4 closes. At time t8, a new control pulse 51 is applied to the transistor 5. After the transistor 5 opens, the process described above regarding the operation of the AC to DC voltage converter is repeated.
Pentru alternanţa negativă a tensiunii 41 ciclul de funcţionare al convertorului de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu se realizează cu ajutorul tranzistorului 5. Procesele de transfer a energiei sunt similare celor descrise pentru alternanţa pozitivă. For negative voltage alternation 41 the operating cycle of the AC to DC voltage converter is achieved using transistor 5. The energy transfer processes are similar to those described for positive alternation.
Convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu descris are funcţia de transmisie bidirecţională a energiei, deci din reţea de bord (bateria vehiculului electric) spre reţeaua de curent alternativă. Astfel, încărcătorul propus poate exercita şi funcţia de racordare a electromobilelor cu reţeaua centralizată de alimentare la realizarea conceptului de generare distribuită. The described AC to DC voltage converter has the function of bidirectional energy transmission, i.e. from the on-board network (electric vehicle battery) to the AC network. Thus, the proposed charger can also perform the function of connecting electric vehicles to the centralized power grid when implementing the distributed generation concept.
Aplicabilitatea industrială a soluţiei propuse este determinată de faptul că convertorul de tensiune de curent alternativ în tensiune de curent continuu se confecţionează în baza componentelor electronice industriale, iar transformatorul de frecvenţă înaltă, executat cu întrefier, este utilizat şi pentru stocarea intermediară a unei porţiuni de energie în cadrul procesului de conversie. Transformatorul se confecţionează în baza tipurilor standarde ai miezurilor feromagnetice. Tehnologia de producere a microcircuitelor imprimate este accesibilă pentru realizare atât în condiţii de laborator, cât şi de fabricare la uzinele cu profil de producere a echipamentelor electronice de diferită destinaţie. The industrial applicability of the proposed solution is determined by the fact that the AC to DC voltage converter is made on the basis of industrial electronic components, and the high-frequency transformer, made with an air gap, is also used for intermediate storage of a portion of energy during the conversion process. The transformer is made on the basis of standard types of ferromagnetic cores. The technology for producing printed microcircuits is accessible for both laboratory and manufacturing plants with a profile for producing electronic equipment for various purposes.
Totalitatea elementelor indicate ale soluţiei tehnice propuse asigură soluţionarea sarcinii invenţiei privind majorarea randamentului, micşorarea costului de confecţionare şi majorarea duratei de exploatare. The totality of the indicated elements of the proposed technical solution ensures the solution of the task of the invention regarding increasing the yield, reducing the manufacturing cost and increasing the operating duration.
1. US 4258304 A 1981.03.24 1. US 4258304 A 1981.03.24
2. 3.3KW On Board EV Charger, 2018.01 [regăsit la 2020.10.20]. Găsit pe Internet: <URL: <https://www.onsemi.com/pub/Collateral/DN05107-D.PDF > 2. 3.3KW On Board EV Charger, 2018.01 [retrieved 2020.10.20]. Found on the Internet: <URL: <https://www.onsemi.com/pub/Collateral/DN05107-D.PDF >
3. Li, Bin & Lee, F.C.Y. & Li, Qiang & Liu, Zhengyang. Bi-directional on-board charger architecture and control for achieving ultra-high efficiency with wide battery voltage range, 2017, p. 3688-3694 3. Li, Bin & Lee, F.C.Y. & Li, Qiang & Liu, Zhengyang. Bi-directional on-board charger architecture and control for achieving ultra-high efficiency with wide battery voltage range, 2017, p. 3688-3694
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20190070A MD1477Z (en) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | Alternating-current voltage-to-direct-current voltage converter for electromobiles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20190070A MD1477Z (en) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | Alternating-current voltage-to-direct-current voltage converter for electromobiles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| MD1477Y MD1477Y (en) | 2020-12-31 |
| MD1477Z true MD1477Z (en) | 2021-07-31 |
Family
ID=74066280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| MDS20190070A MD1477Z (en) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | Alternating-current voltage-to-direct-current voltage converter for electromobiles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| MD (1) | MD1477Z (en) |
-
2019
- 2019-07-11 MD MDS20190070A patent/MD1477Z/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MD1477Y (en) | 2020-12-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bac et al. | A SiC-based matrix converter topology for inductive power transfer system | |
| JP2017532943A (en) | Intrinsic power factor correction method and apparatus | |
| Elrajoubi et al. | High-frequency transformer review and design for low-power solid-state transformer topology | |
| RU2011150679A (en) | CONTACTLESS ELECTRICITY SUPPLY DEVICE | |
| Ahmed et al. | A single-phase buck matrix converter with high-frequency transformer isolation and reduced switch count | |
| CN104022632B (en) | Input zero ripple converter | |
| CN104242657A (en) | Non-contact resonant converter with primary side parallel and series connection compensation and secondary side series connection compensation | |
| CN101662214B (en) | High voltage isolating switch power and a plurality of output isolated switch power systems | |
| RU2335841C1 (en) | High-voltage dc voltage converter with filter-compensating circuit and method of controlling its output power | |
| Yuan et al. | Research on input-parallel single-switch WPT system with load-independent constant voltage output | |
| CN111342696A (en) | A flat-topped pulsed strong magnetic field realization device | |
| Diekhans et al. | A pareto-based comparison of power electronic topologies for inductive power transfer | |
| MD1477Z (en) | Alternating-current voltage-to-direct-current voltage converter for electromobiles | |
| MD842Z (en) | Microinverter for photovoltaic panels | |
| Geng et al. | Optimization of dual side control strategy for wireless power transfer system in light rail vehicle | |
| MD841Z (en) | Converter of direct current voltage to direct current voltage | |
| RU2372706C1 (en) | Device for connection of controlled voltage rectifier to source of ac voltage | |
| Jadhav et al. | Design and implementation of resonance based wireless power transfer system | |
| RU159897U1 (en) | INDUCTIVE CURRENT PULSE GENERATOR | |
| Miiura et al. | Voltage control of inductive contactless power transfer system with coaxial coreless transformer for DC power distribution | |
| KR101229265B1 (en) | Integrated transformer and high step-up dc/dc converter using the same | |
| CN210007624U (en) | A High-Ratio Bidirectional Half-Bridge Current Doubler Converter | |
| Satyamsetti et al. | Small-Size, Low-Weight, Single-Phase Inverter for Domestic Applications | |
| Zhang et al. | Wide Range Output with Switch-Controlled Capacitor in Wireless Power Transfer System for Electric Vehicle Charging | |
| MD742Z (en) | Alternating current voltage-to-direct current voltage conversion plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG9Y | Short term patent issued | ||
| KA4Y | Short-term patent lapsed due to non-payment of fees (with right of restoration) |