本實(shí)用新型涉及電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，特別涉及一種制動(dòng)能量回收的電機(jī)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
再生制動(dòng)技術(shù)作為一種電動(dòng)汽車上獨(dú)特的新技術(shù)，有助于提高汽車能源利用率，減輕制動(dòng)器熱負(fù)荷，減少磨損，提高汽車行駛安全性和使用經(jīng)濟(jì)性。但傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速超過轉(zhuǎn)折頻率后，由于輸出電壓無法隨著永磁同步電機(jī)頻率的上升而上升，應(yīng)此輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速升高而下降，導(dǎo)致在高速區(qū)制動(dòng)力不足。且使用永磁同步電機(jī)時(shí)，電機(jī)具有固有磁場，當(dāng)變頻調(diào)速過程中電機(jī)控制器意外停機(jī)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子仍在旋轉(zhuǎn)，將在電機(jī)相線上產(chǎn)生反電動(dòng)勢，制動(dòng)能量通過摩擦系統(tǒng)損耗，能量利用率下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為此，需要提供一種解決高速區(qū)制動(dòng)力不足，能量利用率下降問題的制動(dòng)能量回收的電機(jī)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，發(fā)明人提供了一種制動(dòng)能量回收的電機(jī)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括升壓器、降壓器、第一繼電器、第二繼電器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；
所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括正極直流母線、負(fù)極直流母線、第一晶體管組、第二晶體管組和第三晶體管組，所述第一晶體管組、第二晶體管組和第三晶體管組并聯(lián)于正極直流母線和負(fù)極直流母線之間，所述第一晶體管組包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管發(fā)射極與第二晶體管集電極串聯(lián)，所述第一晶體管與第二晶體管的連接端連接永磁同步電機(jī)的第一接線端；所述第二晶體管組包括第三晶體管和第四晶體管，所述第三晶體管發(fā)射極與第四晶體管集電極串聯(lián)，所述第三晶體管與第四晶體管的連接端連接永磁同步電機(jī)的第二接線端；第三晶體管組包括第五晶體管和第六晶體管，所述第五晶體管發(fā)射極與第六晶體管集電極串聯(lián)，所述第五晶體管與第六晶體管的連接端連接永磁同步電機(jī)的第三接線端；
所述升壓器與降壓器并聯(lián)于動(dòng)力電池與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊之間，所述升壓器的輸入端正極和負(fù)極對應(yīng)連接于動(dòng)力電池的正極和負(fù)極，輸出端的正極和負(fù)極對應(yīng)連接于正極直流母線和負(fù)極直流母線；所述降壓器的輸出端正極和負(fù)極對應(yīng)連接動(dòng)力電池的正極和負(fù)極，輸入端的正極和負(fù)極對應(yīng)連接與正極直流母線和負(fù)極直流母線；
所述第一繼電器設(shè)置在升壓器的輸入端；所述第二繼電器設(shè)置于降壓器的輸出端。
進(jìn)一步優(yōu)化，還包括第一二極管至第四二極管；
所述第一二極管設(shè)置在升壓器的輸出端的正極與正極直流母線之間，所述第一二極管的正極連接與升壓器輸出端的正極，負(fù)極連接于正極直流母線；
所述第二二極管設(shè)置在升壓器的輸出端的負(fù)極與負(fù)極直流母線之間，所述第二二極管的負(fù)極連接與升壓器輸出端的負(fù)極，正極連接于負(fù)極直流母線；
所述第三二極管設(shè)置在降壓器的輸入端的正極與正極直流母線之間，所述第三二極管的負(fù)極連接與降壓器輸人端的正極，正極連接于正極直流母線；
所述第四二極管設(shè)置在降壓器的輸人端的負(fù)極與負(fù)極直流母線之間，所述第四二極管的正極連接與降壓器輸人端的負(fù)極，負(fù)極連接于負(fù)極直流母線。
進(jìn)一步優(yōu)化，所述第一晶體管至第六晶體管為IGBT管，IGBT管的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)有二極管，二極管的正極與發(fā)射極對應(yīng)，二極管的負(fù)極與集電極對應(yīng)。
進(jìn)一步優(yōu)化，所述第一繼電器和第二繼電器的受控端連接于汽車的整車控制系統(tǒng)。
進(jìn)一步優(yōu)化，所述正極直流母線與負(fù)極直流母線之間并聯(lián)直流支撐電容。
區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，上述技術(shù)方案通過在直流母線側(cè)，電機(jī)控制器與動(dòng)力電池之間加裝升壓器改變電機(jī)控制器直流母線電壓，增加電機(jī)控制器電壓的輸出能力，達(dá)到調(diào)整電機(jī)最大輸出功率的目的，當(dāng)電機(jī)控制器直流母線側(cè)電壓被升高后，電機(jī)控制器輸出電壓可以隨之上升，使得電機(jī)轉(zhuǎn)折頻率上升，電機(jī)功率上升，制動(dòng)效果增強(qiáng)。當(dāng)變頻調(diào)速過程中電機(jī)控制器意外停機(jī)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子仍在旋轉(zhuǎn)，將在電機(jī)相線上產(chǎn)生反電動(dòng)勢，通過降壓器對動(dòng)力電池進(jìn)行充電，從而利用制動(dòng)能量，增加能量的利用率。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型制動(dòng)能量回收的電機(jī)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電路圖。
具體實(shí)施方式
為詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說明。
請參閱圖1，本實(shí)用新型一種制動(dòng)能量回收的電機(jī)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括升壓器、降壓器、第一繼電器K1、第二繼電器K2和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；
所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括正極直流母線、負(fù)極直流母線、第一晶體管組、第二晶體管組和第三晶體管組，所述第一晶體管組、第二晶體管組和第三晶體管組并聯(lián)于正極直流母線和負(fù)極直流母線之間，所述第一晶體管組包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管發(fā)射極與第二晶體管集電極串聯(lián)，所述第一晶體管與第二晶體管的連接端連接永磁同步電機(jī)PMSM的第一接線端；所述第二晶體管組包括第三晶體管和第四晶體管，所述第三晶體管發(fā)射極與第四晶體管集電極串聯(lián)，所述第三晶體管與第四晶體管的連接端連接永磁同步電機(jī)PMSM的第二接線端；第三晶體管組包括第五晶體管和第六晶體管，所述第五晶體管發(fā)射極與第六晶體管集電極串聯(lián)，所述第五晶體管與第六晶體管的連接端連接永磁同步電機(jī)PMSM的第三接線端；
所述升壓器與降壓器并聯(lián)于動(dòng)力電池Cell與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊之間，所述升壓器的輸入端正極和負(fù)極對應(yīng)連接于動(dòng)力電池Cell的正極和負(fù)極，輸出端的正極和負(fù)極對應(yīng)連接于正極直流母線和負(fù)極直流母線；所述降壓器的輸出端正極和負(fù)極對應(yīng)連接動(dòng)力電池Cell的正極和負(fù)極，輸入端的正極和負(fù)極對應(yīng)連接與正極直流母線和負(fù)極直流母線；
所述第一繼電器設(shè)置在升壓器的輸入端；所述第二繼電器設(shè)置于降壓器的輸出端。
在本實(shí)施例中，升壓器為直流高頻升壓變壓器采用高頻倍壓整流電路，應(yīng)用最新的PWM脈寬調(diào)制技術(shù)和功率IGBT器件，并根據(jù)電磁兼容性理論，采用特殊工藝，由控制箱和倍壓裝置兩部分組成，內(nèi)設(shè)保護(hù)電阻，具有電壓零位閘保護(hù)、過流及過壓保護(hù)功能。將動(dòng)力電池Cell的直流電壓進(jìn)行升壓，從而使電機(jī)控制器的直流母線側(cè)電壓被升高，電機(jī)控制器輸出電壓可以隨之上升，使得電機(jī)轉(zhuǎn)折頻率上升，電機(jī)功率上升，制動(dòng)效果增強(qiáng)。
在其他實(shí)施例匯總，升壓器可以采用其他常用的直流式升壓變壓器。
在本實(shí)施中，降壓器為直流式降壓變壓器，當(dāng)變頻調(diào)速過程中電機(jī)控制器意外停機(jī)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子仍在旋轉(zhuǎn)，將在電機(jī)相線上產(chǎn)生反電動(dòng)勢，通過直流式降壓變壓器將產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電降壓后，再轉(zhuǎn)換成直流電輸出，對動(dòng)力電池Cell進(jìn)行充電，從而利用制動(dòng)能量，增加能量的利用率。
在本實(shí)施例中，還包括第一二極管D1至第四二極管D4；所述第一二極管D1設(shè)置在升壓器的輸出端的正極與正極直流母線之間，所述第一二極管D1的正極連接與升壓器輸出端的正極，負(fù)極連接于正極直流母線；所述第二二極管D2設(shè)置在升壓器的輸出端的負(fù)極與負(fù)極直流母線之間，所述第二二極管D2的負(fù)極連接與升壓器輸出端的負(fù)極，正極連接于負(fù)極直流母線；所述第三二極管D3設(shè)置在降壓器的輸入端的正極與正極直流母線之間，所述第三二極管D3的負(fù)極連接與降壓器輸人端的正極，正極連接于正極直流母線；所述第四二極管D4設(shè)置在降壓器的輸人端的負(fù)極與負(fù)極直流母線之間，所述第四二極管D4的正極連接與降壓器輸人端的負(fù)極，負(fù)極連接于負(fù)極直流母線。通過二極管的單通效果，分別在升壓器的輸出端的正極和負(fù)極、降壓器的輸入端的正極和負(fù)極設(shè)置第一二極管D1至第四二極管D4，防止電流對升壓器或者降壓器的影響。
在本實(shí)施例中，所述第一晶體管至第六晶體管為IGBT管，IGBT管的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)有二極管D，二極管D的正極與發(fā)射極對應(yīng)，二極管D的負(fù)極與集電極對應(yīng)。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。
在其他實(shí)施例中，所述第一繼電器K1和第二繼電器K2的受控端連接于汽車的整車控制系統(tǒng)。通過第一繼電器K1和第二繼電器K2的受控端直接連接汽車的整車控制系統(tǒng)，通過整車控制系統(tǒng)判斷汽車的電機(jī)的狀態(tài)，控制第一繼電器K1和第二繼電器K2的開啟與閉合，使第一繼電器K1和第二繼電器K2能夠迅速反應(yīng)。
在其他實(shí)施例中，所述第一繼電器K1和第二繼電器K2的受控端連接于單獨(dú)設(shè)置的控制器，如微處理器、單片機(jī)等，通過微處理器或者單片機(jī)檢測電機(jī)的狀態(tài)控制第一繼電器K1和第二繼電器K2。
在本實(shí)施例中，所述正極直流母線與負(fù)極直流母線之間并聯(lián)直流支撐電容C。直流支撐電容器C，又稱DC-Link電容器。直流支撐電容器C，屬于無源器件的一種。直流支撐電容器C，現(xiàn)主要采用聚丙烯薄膜介質(zhì)直流支撐電容器，其具有耐電壓高、耐電流大、低阻抗、低電感、容量損耗小、漏電流小、溫度性能好、充放電速度快、使用壽命長(約10萬小時(shí))、安全防爆穩(wěn)定性好、無極性安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，對輸出電壓進(jìn)行平滑濾波，吸收高幅值脈動(dòng)電流，阻止產(chǎn)生高幅值脈動(dòng)電壓，使直流母線上的電壓波動(dòng)保持在允許范圍，防止電壓過沖和瞬時(shí)過電壓對IGBT的影響。
由方程：U1≈E1＝4.44f1N1Kw1Φ0，端電壓U1，頻率f1，主磁通Φ0，N1Kw1為常熟，知，頻率上升時(shí)，端電壓等比上升，可保證系統(tǒng)主磁通不變，不至于過勵(lì)磁。當(dāng)電壓高于端電壓最高值時(shí)，端電壓無法上升，但頻率依然需要上升，因此會(huì)降低系統(tǒng)主磁通，導(dǎo)致電機(jī)進(jìn)入轉(zhuǎn)折區(qū)域工作。如果此時(shí)將端電壓隨著頻率的升高等比升高，可使得系統(tǒng)主磁通不變，因此系統(tǒng)轉(zhuǎn)折點(diǎn)可以后移。電機(jī)最大輸出功率上升。
當(dāng)通過動(dòng)力電池Cell給永磁同步電機(jī)PMSM供電的時(shí)候，即供電模式時(shí)，閉合第一繼電器K1，斷開第二繼電器K2，通過升壓器抬升電機(jī)控制器直流母線側(cè)的電壓，電機(jī)控制器輸出電壓可以隨之上升，使得電機(jī)轉(zhuǎn)折頻率上升，電機(jī)功率上升，制動(dòng)效果增強(qiáng)；當(dāng)變頻調(diào)速過程中電機(jī)控制器意外停機(jī)時(shí)，即充電模式時(shí)，斷開第一繼電器K1，閉合第二繼電器K2，由于永磁同步電機(jī)PMSM的轉(zhuǎn)子仍在旋轉(zhuǎn)，將在電機(jī)相線上產(chǎn)生反電動(dòng)勢，通過直流式降壓變壓器將產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電降壓后，再轉(zhuǎn)換成直流電輸出，對動(dòng)力電池Cell進(jìn)行充電，從而利用制動(dòng)能量，增加能量的利用率。
以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。