CN103414337A - 一种电动车开关磁阻电机功率变换器拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

一种电动车开关磁阻电机功率变换器拓扑结构，在开关磁阻电机不对称半桥功率变换器前增加了双向Buck-Boost变换器，当开关磁阻电机工作在电动状态时，蓄电池经过正向Boost-DC/DC变换器实现升压，对开关磁阻电机不对称半桥功率变换器供电；当开关磁阻电机工作在制动状态时，开关磁阻电机不对称半桥功率变换器通过反向Buck变换器对蓄电池充电，将电动车动能转换为蓄电池的电能；当电动车工作在充电状态时，开关磁阻电机不旋转，交流电源通过开关磁阻电机的绕组、不对称半桥功率变换器构成车载充电器直接给蓄电池充电，不需要外接元件，交流电整成直流电，直流电通过Buck变换器给蓄电池充电，并实现功率因数校正，有效提高了***的可靠性与灵活性，具有较强实用性与通用性。

Description

一种电动车开关磁阻电机功率变换器拓扑结构
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电机驱动***，特别是一种电动车开关磁阻电机功率变换器拓扑结构。
背景技术
开关磁阻电机结构简单、牢固；具有高的可靠性和鲁棒性；启动转矩大；宽的调速范围；在宽的转速和转矩工作区内保持较高的效率；可以再生制动，回收能量，因此适用于电动汽车驱动***。但现有的开关磁阻电机驱动***技术存在的问题是不能同时实现“电动、制动、充电”三种工作状态。对于蓄电池供电的电动车开关磁阻电机驱动***，采用DC/DC前端变换器可以提高功率变换器供电电压，减小供电电流，减小功率变换器的体积，提高效率；降低蓄电池电压波动对驱动性能的影响；通过泵升母线电压，可以降低反电动势的影响，增大电机高速时功率输出能力。采用DC/DC Boost变换器可以提高开关磁阻电机功率变换器供电电压，但其为单向变换器，电机去磁和制动时，脉冲电流直接给蓄电池充电，当回馈电流过大时，可损害蓄电池。利用电机自身绕组和功率变换器的车载充电***可以有效降低电动车的成本、增加充电的灵活性。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术中存在的问题，提供一种能实现电动、制动、充电三种工作状态的电动车开关磁阻电机功率变换器拓扑结构。
本发明的目的是这样实现的：该电机功率变换器拓扑结构，在开关磁阻电机不对称半桥功率变换器前增加双向Buck-Boost变换器；所述的双向Buck-Boost变换器包括电容C1、电容C2、开关管T1、开关管T2、续流二极管DT1、续流二极管DT2和电感Ld；开关管T1的集电极与开关管T2的发射极连接，开关管T2的集电极为正输出端，开关管T1的发射极为负输出端，在正输端和负输出端上连接有电容C2，在开关管T1和开关管T2的集电极和发射极上分别并联有续流二极管DT2、续流二极管DT1；电容C1和电感Ld构成LC型滤波，电感Ld的一端连接在开关管T1的集电极和开关管T2的发射极之间，电感Ld的另一端连接电容C1的一端并作为正输入端，电容C1的另一端接开关管T1的发射极并作为负输入端。
有益效果，由于采用了上述电动车开关磁阻电机功率变换器拓扑结构，能实现电动、制动、充电三种工作状态下；电动车开关磁阻电机功率变换器不同的主电路结构形式，而不需要外接元件；（1） 当开关磁阻电机工作在电动状态时，蓄电池经过正向Boost-DC/DC变换器实现升压，对开关磁阻电机不对称半桥功率变换器供电；结合开关磁阻电机在低速轻载与高速重载时的特性，实时调节功率变换器供电电压，实现电机低速轻载时的低损耗与低噪音，同时增大高转速时的输出功率；（2）当开关磁阻电机工作在制动状态时，开关磁阻电机不对称半桥功率变换器通过反向Buck变换器对蓄电池充电，将电动车动能转换为蓄电池的电能，实现电动车动能回馈蓄电池；（3）当电动车工作在充电状态时，开关磁阻电机不旋转，交流电源通过开关磁阻电机的绕组、不对称半桥功率变换器构成车载充电器直接给蓄电池充电，交流电整成直流电，直流电通过Buck变换器给蓄电池充电，并实现功率因数校正。利用电机绕组与功率变换器，完成车载充电，实现功率因数校正，减少了对电网的污染。性价比高、实用性强，效果好，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的电动车开关磁阻电机功率变换器拓扑，是在开关磁阻电机不对称半桥功率变换器前增加了双向Buck-Boost变换器。
图2是本发明的开关磁阻电机工作在电动状态时，电动车开关磁阻电机功率变换器电路结构示意图；
图3是本发明的开关磁阻电机工作在制动状态时，电动车开关磁阻电机功率变换器电路结构示意图；
图4是本发明的开关磁阻电机工作在充电状态时，电动车开关磁阻电机功率变换器电路结构示意图；
图5是本发明的开关磁阻电机工作在充电状态模式                                               时，电动车开关磁阻电机功率变换器电路结构示意图；
图6是本发明的开关磁阻电机工作在充电状态模式
Figure 2013103718461100002DEST_PATH_IMAGE004
时，电动车开关磁阻电机功率变换器电路结构示意图；
图7是本发明的开关磁阻电机工作在充电状态模式
Figure 2013103718461100002DEST_PATH_IMAGE006
时，电动车开关磁阻电机功率变换器电路结构示意图；
图8是本发明的开关磁阻电机工作在充电状态模式
Figure 2013103718461100002DEST_PATH_IMAGE008
时，电动车开关磁阻电机功率变换器电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
实施例1：在开关磁阻电机不对称半桥功率变换器前增加双向Buck-Boost变换器；所述的双向Buck-Boost变换器包括电容C1、电容C2、开关管T1、开关管T2、续流二极管DT1、续流二极管DT2和电感Ld；开关管T1的集电极与开关管T2的发射极连接，开关管T2的集电极为正输出端，开关管T1的发射极为负输出端，在正输端和负输出端上连接有电容C2，在开关管T1和开关管T2的集电极和发射极上分别并联有续流二极管DT2、续流二极管DT1；电容C1和电感Ld构成LC型滤波，电感Ld的一端连接在开关管T1的集电极和开关管T2的发射极之间，电感Ld的另一端连接电容C1的一端并作为正输入端，电容C1的另一端接开关管T1的发射极并作为负输入端。
（1） 当开关磁阻电机工作在电动状态时，蓄电池经过正向Boost-DC/DC变换器实现升压，对开关磁阻电机不对称半桥功率变换器供电；
（2）当开关磁阻电机工作在制动状态时，开关磁阻电机不对称半桥功率变换器通过反向Buck变换器对蓄电池充电，将电动车动能转换为蓄电池的电能；
（3）当电动车工作在充电状态时，开关磁阻电机不旋转，交流电源通过开关磁阻电机的绕组、不对称半桥功率变换器构成车载充电器直接给蓄电池充电；不需要外接元件，交流电整成直流电，直流电通过Buck变换器给蓄电池充电，并实现功率因数校正。
图1中，在三相开关磁阻电机不对称半桥功率变换器前增加了双向Buck-Boost变换器构成电动车开关磁阻电机功率变换器。蓄电池加在双向Buck-Boost变换器之前，交流电源通过不对称半桥功率变换器的任意两相，如A相和B相，及双向Buck-Boost变换器对蓄电池充电。
图2中，开关磁阻电机工作在电动状态时，前端双向Buck-Boost变换器开关管T2始终断开，前端DC/DC变换器工作在Boost模式，通过调节开关管T1，泵升蓄电池电压UC1至UC2，蓄电池经过二极管DT1，对不对称半桥功率变换器及开关磁阻电机供电，能量流方向如图2中箭头所示。
图3中，开关磁阻电机工作在制动状态时，前端双向Buck-Boost变换器开关管T1始终断开，前端DC/DC变换器工作在Buck模式，通过调节开关管T2，降低电压UC2至UC1，不对称半桥功率变换器及开关磁阻电机将电动车动能转换为电能，对蓄电池进行充电，二极管DT2提供续流回路，能量流方向如图3中箭头所示。
当电动车工作在充电状态时，开关磁阻电机不旋转，在图1中，开关管T1、Q1、Q3、Q5、Q6始终断开；在图4中，不对称半桥功率变换器中的续流二极管D1、D2、D3、D4、开关管Q2和Q4，及开关磁阻电机的绕组La、Lb构成了功率因数校正(PFC)电路；电容C1，开关管T2，续流二极管DT2，电感Ld构成Buck变换器电路；交流电源通过开关磁阻电机的绕组、不对称半桥功率变换器，将交流电整成直流电，并实现功率因数校正；直流电通过Buck变换器给蓄电池充电。
功率因数校正(PFC)电路工作在四种工作模式下，
Figure 54836DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 345878DEST_PATH_IMAGE004
模式工作在交流电源的正半周期，
Figure 938665DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 333874DEST_PATH_IMAGE008
模式工作在交流电源的负半周期。
图5中，模式
Figure 148246DEST_PATH_IMAGE002
：在电源正半周期，开关管Q4闭合，如图中箭头所示，工作回路为从电源正经过开关磁阻电机绕组Lb，开关管Q4，续流二极管D2，到电源负，此过程给开关磁阻电机绕组Lb充电。
图6中，模式：在电源正半周期，开关管Q4打开，如图中箭头所示，工作回路为从电源正经过开关磁阻电机绕组Lb，续流二极管D3，电容C2，续流二极管D2，到电源负，此过程为电源和开关磁阻电机绕组Lb给电容C2充电。
图7中，模式
Figure 300059DEST_PATH_IMAGE006
：在电源负半周期，开关管Q2闭合，如图中箭头所示，工作回路为从电源正经过开关磁阻电机绕组La，开关管Q2，续流二极管D4，到电源负，此过程给开关磁阻电机绕组La充电。
图8中，模式
Figure 498959DEST_PATH_IMAGE008
：在电源负半周期，开关管Q2打开，如图中箭头所示，工作回路为从电源正经过开关磁阻电机绕组La，续流二极管D1，电容C2，续流二极管D4，到电源负，此过程为电源和开关磁阻电机绕组La给电容C2充电。
如图3所示，端双向Buck-Boost变换器开关管T1始终断开，前端DC/DC变换器工作在Buck模式，通过调节开关管T2，降低电压UC2至UC1，电容C2中储存的电能，对蓄电池进行充电，二极管DT2提供续流回路，能量流方向如图3中箭头所示。
同理，任意相开关磁阻电机不对称半桥功率变换器前增加双向Buck-Boost变换器构成了电动车开关磁阻电机功率变换器，如四相开关磁阻电机不对称半桥功率变换器前增加双向Buck-Boost变换器构成了电动车开关磁阻电机功率变换器，五相开关磁阻电机不对称半桥功率变换器前增加双向Buck-Boost变换器构成了电动车开关磁阻电机功率变换器，两相开关磁阻电机不对称半桥功率变换器前增加双向Buck-Boost变换器构成了电动车开关磁阻电机功率变换器，六相开关磁阻电机不对称半桥功率变换器前增加双向Buck-Boost变换器构成了电动车开关磁阻电机功率变换器。

Claims (1)

1.一种电动车开关磁阻电机功率变换器拓扑结构，该电机功率变换器拓扑结构包括：开关磁阻电机不对称半桥功率变换器，其特征在于：在开关磁阻电机不对称半桥功率变换器前增加双向Buck-Boost变换器；
所述的双向Buck-Boost变换器包括电容C1、电容C2、开关管T1、开关管T2、续流二极管DT1、续流二极管DT2和电感Ld；开关管T1的集电极与开关管T2的发射极连接，开关管T2的集电极为正输出端，开关管T1的发射极为负输出端，在正输端和负输出端上连接有电容C2，在开关管T1和开关管T2的集电极和发射极上分别并联有续流二极管DT2、续流二极管DT1；电容C1和电感Ld构成LC型滤波，电感Ld的一端连接在开关管T1的集电极和开关管T2的发射极之间，电感Ld的另一端连接电容C1的一端并作为正输入端，电容C1的另一端接开关管T1的发射极并作为负输入端。
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