低諧波含 量的正弦波。
[0047] 在一具體實(shí)施例中，各硬件參數(shù)分別如下：電機(jī)負(fù)載選用永磁同步電機(jī)，定子每 相電阻和電感分別為0.4Ω和3mH，額定功率為2kW，額定轉(zhuǎn)速為2000rpm，永磁磁鏈為 0. 14Wb，電機(jī)極對(duì)數(shù)為8。電池組為28個(gè)12V電池串聯(lián)，每個(gè)的額定容量為80Ah。交流電 源電壓為220V，開關(guān)頻率為10kHz。
[0048] 當(dāng)電池處于充滿狀態(tài)，將交流電源斷開，由電池給裝置供電用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)。采用 VVVF控制方法，并采用本發(fā)明的調(diào)制策略，能夠使電機(jī)滿載情況下變頻啟動(dòng)，并穩(wěn)定在額定 轉(zhuǎn)速。
[0049] 當(dāng)電池電量不足時(shí)，采用本發(fā)明裝置運(yùn)行于電池充電模式時(shí)的控制方法對(duì)電池進(jìn) 行充電。當(dāng)荷電狀態(tài)SOC低于83%時(shí)，采用恒流充電模式。恒流充電的給定充電電流為8A。 當(dāng)電池荷電狀態(tài)SOC高于83%時(shí)，采用恒壓充電模式。恒壓充電的給定充電電壓為357V。 結(jié)果表明，本發(fā)明裝置運(yùn)行于電池充電模式時(shí)能夠?qū)﹄姵剡M(jìn)行充電，充電過程中SOC和電 池電壓緩慢上升。輸入電流與電網(wǎng)電壓同相位，輸入功率因素達(dá)到98%以上。輸入電流波 形呈標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，諧波含量較低，符合IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。
[0050] 本發(fā)明僅有4個(gè)全控功率開關(guān)器件和7個(gè)快恢復(fù)二極管，且電機(jī)三相繞組被重復(fù) 利用為boost升壓電感，使得裝置的整體體積、重量和成本都較傳統(tǒng)裝置大幅降低。
[0051] 以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影 響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-電池充電一體化裝置，其特征在于，所述裝置包括：電池 組、四開關(guān)三相逆變器、單相不控整流橋、帶中性線的電機(jī)，其中：所述電池組的正、負(fù)極分 別連接四開關(guān)三相逆變器的正、負(fù)母線；所述四開關(guān)三相逆變器共有四個(gè)橋臂，分別與電機(jī) 的三相引出線和中性線相連，每個(gè)橋臂中分別有一功率開關(guān)器件SI、S2、S3、S4 ;所述單相 不控整流橋在中性線所在的橋臂中，單相不控整流橋的陰極連接電機(jī)的中性線、同時(shí)連接 該橋臂的功率開關(guān)器件S4的發(fā)射極，單相不控整流橋的陽(yáng)極連接四開關(guān)三相逆變器的負(fù) 母線。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-電池充電一體化裝置，其特征在于， 所述四開關(guān)三相逆變器共有四個(gè)橋臂，這四個(gè)橋臂的一端分別與正母線相連，另一端分別 與負(fù)母線相連，這四個(gè)橋臂除了與電機(jī)的引出線連接外，相互之間沒有其他連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-電池充電一體化裝置，其特征 在于，所述四開關(guān)三相逆變器，包括四個(gè)功率開關(guān)器件S1、S2、S3、S4和三個(gè)功率二極管D1、 D2、D3,另外單相不控整流橋在四開關(guān)三相逆變器中被重復(fù)利用為一個(gè)功率二極管；其中三 個(gè)功率二極管DI、D2、D3分別與三個(gè)功率開關(guān)器件SI、S2、S3組成三個(gè)橋臂，二極管DI、D2、 D3的陰極均連接正母線，二極管D1、D2、D3的陽(yáng)極分別與功率開關(guān)器件S1、S2、S3的集電極 相連，并與電機(jī)三相引出線A、B、C中的一根相連，功率開關(guān)器件S1、S2、S3的發(fā)射極連接負(fù) 母線；功率開關(guān)器件S4的集電極連接正母線，功率開關(guān)器件S4的發(fā)射極與不控整流橋的陰 極相連。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-電池充電一體化裝置，其特征在于， 所述四開關(guān)三相逆變器的四個(gè)功率開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)共有16種，不同的開關(guān)狀態(tài)能夠 輸出不同的電壓空間矢量，利用不同的電壓空間矢量能夠控制電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)。5. -種權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-電池充電一體化裝置的控制方 法，其中： 當(dāng)所述裝置運(yùn)行于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，單相交流電不被連接，單相不控整流橋等效為單 個(gè)二極管，通過控制四個(gè)功率開關(guān)器件的通斷控制電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)； 當(dāng)所述裝置運(yùn)行于電池充電模式時(shí)，單相交流電連接在單相不控整流橋的一側(cè)，單相 不控整流橋開始處于整流工作狀態(tài)，單相不控整流橋?qū)蜗嘟涣麟妷赫鞒梢粋€(gè)兩倍電網(wǎng) 頻率波動(dòng)的直流電壓，四開關(guān)三相逆變器與電機(jī)中性線連接的橋臂的開關(guān)恒關(guān)斷，所述裝 置等效為三個(gè)升壓斬波電路的并聯(lián)以此給電池組進(jìn)行充電。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-電池充電一體化裝置的控制方法， 其特征在于，與單相不控整流橋連接的功率開關(guān)器件S4有六個(gè)恒關(guān)斷的開關(guān)狀態(tài)，另外三 個(gè)功率開關(guān)器件Sl、S2、S3任一導(dǎo)通時(shí)，這六個(gè)開關(guān)狀態(tài)輸出的電壓矢量與導(dǎo)通開關(guān)相連 的電機(jī)繞組是否有電流有關(guān)：若電流為零，則這一矢量為零矢量；若電流不為零，則對(duì)應(yīng)矢 量分別與功率開關(guān)器件S4導(dǎo)通時(shí)相同；根據(jù)合成電壓空間矢量分布圖，利用空間矢量脈寬 調(diào)制方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-電池充電一體化裝置的控制方法， 其特征在于，當(dāng)對(duì)應(yīng)相電流不為零時(shí)，使用功率開關(guān)器件S4六個(gè)恒關(guān)斷的開關(guān)狀態(tài)來產(chǎn)生 相同的電壓空間矢量，這些開關(guān)狀態(tài)在電機(jī)繞組上施加正的母線電壓，降低零序電壓的平 均值。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-電池充電一體化裝置的控制方法， 其特征在于，當(dāng)所述裝置運(yùn)行于電池充電模式時(shí)，三個(gè)功率開關(guān)器件S1、S2和S3同時(shí)導(dǎo)通， 總充電電流在三個(gè)功率開關(guān)器件上進(jìn)行分流。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-電池充電一體化裝置的控制方法， 其特征在于，所述電池充電采用雙閉環(huán)控制方法，具體為： 當(dāng)電池荷電狀態(tài)SOC低于設(shè)定閾值時(shí)，采用恒流充電模式：首先給定充電電流Io*與實(shí) 際充電電流的差值A(chǔ) 1〇,經(jīng)過一個(gè)PI控制器后再乘以I sin( 0 ) I得到輸入直流側(cè)電流的給 定值ig* ;然后，ig*與輸入直流側(cè)電流實(shí)際值ig的差值經(jīng)過一個(gè)PI控制器后得到三個(gè)升 壓斬波電路開關(guān)的占空比D ;最后，由PffM發(fā)生器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的開關(guān)信號(hào)控制開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān) 斷； 當(dāng)電池荷電狀態(tài)SOC高于設(shè)定閾值時(shí)，采用恒壓充電模式，與恒流充電模式在控制上 的不同之處在于：輸入直流側(cè)電流的給定值ig*由給定電池電壓Uo*與實(shí)際電池電壓Uo的 差值A(chǔ)Uo,經(jīng)過一個(gè)PI控制器后再乘以|sin(0) I得到，其中0為由鎖相環(huán)得到的電網(wǎng)電 壓角度；通過乘以I sin ( 0 ) I得到的輸入直流側(cè)電流給定值，能夠使輸入電流與電網(wǎng)電壓 同相，從而實(shí)現(xiàn)單位功率因素。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-電池充電一體化裝置的控制方法， 其特征在于，當(dāng)外環(huán)跟蹤較好、外環(huán)PI輸出為一個(gè)較穩(wěn)定的值時(shí)，輸入直流側(cè)電流的給定 值將是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正弦半波；當(dāng)電流內(nèi)環(huán)跟蹤較好，則輸入電流將呈低諧波含量的正弦波； 所述跟蹤較好是指給定值與實(shí)際值的偏差在5 %以內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種低成本的電機(jī)驅(qū)動(dòng)-電池充電一體化裝置及控制方法，包括電池組、四開關(guān)三相逆變器、單相不控整流橋和帶中性線的電機(jī)，其中：電池組的正、負(fù)極分別連接四開關(guān)三相逆變器的正、負(fù)母線；四開關(guān)三相逆變器共有四個(gè)橋臂，分別與電機(jī)的三相引出線和中性線相連，每個(gè)橋臂中分別有一功率開關(guān)器件S1、S2、S3、S4；單相不控整流橋在中性線所在的橋臂中，單相不控整流橋的陰極連接電機(jī)的中性線、同時(shí)連接該橋臂的功率開關(guān)器件S4的發(fā)射極，單相不控整流橋的陽(yáng)極連接四開關(guān)三相逆變器的負(fù)母線。本發(fā)明僅有4個(gè)全控開關(guān)管和7個(gè)快恢復(fù)二極管，且電機(jī)三相繞組被重復(fù)利用為boost升壓電感，使得裝置的整體體積、重量和成本都較傳統(tǒng)裝置大幅降低。
【IPC分類】H02J7/02, H02P27/08, H02P21/36
【公開號(hào)】CN105244982
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510650166
【發(fā)明人】宣圣謝賢, 高強(qiáng)
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月9日