新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修 課件 4.4認(rèn)知DC-AC變換電路

認(rèn)知DC-AC變換電路教學(xué)目標(biāo)1.掌握DC-AC變換電路的作用及在汽車上的應(yīng)用;2.掌握DC-AC變換電路的結(jié)構(gòu)組成及工作原理;3.掌握基本DC-AC變換電路的實(shí)驗(yàn)板制作。重點(diǎn)：DC-AC變換電路的工作原理。難點(diǎn)：DC-AC變換電路實(shí)驗(yàn)板制作。一任務(wù)描述二任務(wù)分析三信息收集四制定方案五任務(wù)實(shí)施六總結(jié)評(píng)價(jià)教學(xué)流程一、任務(wù)描述

純電動(dòng)汽車動(dòng)力源來自三相交流電機(jī)，能源儲(chǔ)存靠高壓直流電池，兩者之間電路可逆，那么直流源與交流用電器之間是如何來實(shí)現(xiàn)能量傳遞和轉(zhuǎn)換的呢？下面一起來了解一下吧！二、任務(wù)分析1.逆變電路的種類有哪些？2.DC-AC如何工作？

新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器必須將高壓電池包的直流電轉(zhuǎn)變成三相交流電供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用，其中DC-AC的過程就是逆變，此類電源轉(zhuǎn)換裝置稱為逆變器。根據(jù)輸入電源的類型不同，將逆變器分為電壓源型（VSI）和電流源型（CSI）兩類。車載電機(jī)控制器當(dāng)中的逆變模塊通常采用三相電壓源型逆變器，此類逆變器輸出功率較高，在新能源汽車上應(yīng)用廣泛。下面主要以電壓源型逆變器為例進(jìn)行介紹。一、DC-AC變換電路概述三、收集信息

1、全橋式單相電壓源型逆變電路結(jié)構(gòu)與工作原理

下圖所示為逆變器基本原理及其輸出波形示意圖，電路包含一個(gè)直流電源Ud；開關(guān)元件S1、S2、S3、S4；感性負(fù)載L。

二、電壓源型逆變電路三、收集信息

該電路通過開關(guān)器件換相原理將直流電轉(zhuǎn)換成交流電（方波）。從示意圖中可知，同一橋臂上的兩個(gè)開關(guān)元件不能同時(shí)導(dǎo)通，否則將引起電源短路。其基本電路工作過程分為以下兩個(gè)階段：

①當(dāng)開關(guān)S1和S4導(dǎo)通，S2和S3截止時(shí)，電流正向流過負(fù)載電感L，此時(shí)加載在負(fù)載電感L上的電壓為UO。

②當(dāng)開關(guān)S2和S3導(dǎo)通，S1和S4截止時(shí)，電流反向流過負(fù)載電感L，此時(shí)加載在負(fù)載電感L上的電壓為-UO。

該電路開關(guān)S采用全控型功率開關(guān)元件，通過驅(qū)動(dòng)電路控制開關(guān)S的PWM占空比，可以實(shí)現(xiàn)波形相位和幅值的調(diào)制，此為常用的單相電壓源逆變器SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)。三、收集信息

2、三相電壓源型逆變電路結(jié)構(gòu)與工作原理

盡管結(jié)構(gòu)不同，但所有三相AC感應(yīng)電機(jī)（ACIM）和三相永磁電機(jī)（BLDC、PMSM或PMAC）都是由PWM調(diào)制的三相橋（三個(gè)半橋）驅(qū)動(dòng)，以便采用頻率幅度可變的三相電壓和電流為電機(jī)供電。三、收集信息

下圖所示為車載三相電壓源型逆變電路基本原理示意圖，電路包含一個(gè)直流電源U；開關(guān)元件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6；整流二極管VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6；三相交流電機(jī)星型負(fù)載。三相逆變電路基本原理圖三、收集信息

該逆變電路由三個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂上兩個(gè)全控型功率開關(guān)，每個(gè)開關(guān)上并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。該電路既可以實(shí)現(xiàn)直流電源轉(zhuǎn)換為三相交流電源，也可以具備能量反饋功能。如下圖所示，6個(gè)全控型功率開關(guān)器件（IGBT）間隔60°依次導(dǎo)通，其基本電路工作過程可以分為以下六個(gè)階段：三、收集信息

①在S1時(shí)間區(qū)間內(nèi)，當(dāng)開關(guān)VT1、VT5、VT6導(dǎo)通，VT2、VT3、VT4截止時(shí)，電路導(dǎo)通路線有兩條：一是直流電源正極、VT1、電機(jī)定子繞組A相、中性點(diǎn)、B相、VT6、直流電源負(fù)極，此時(shí)Uab=Ua，是A相電壓的正脈沖波形。二是直流電源正極、VT5、電機(jī)定子繞組C相、中性點(diǎn)、B相、VT6、直流電源負(fù)極，此時(shí)Ucb=-Ub，是B相電壓的負(fù)脈沖波形。

②在S2時(shí)間區(qū)間內(nèi)，當(dāng)開關(guān)VT1、VT2、VT6導(dǎo)通，VT3、VT4、VT5截止時(shí)，電路導(dǎo)通路線有兩條：一是直流電源正極、VT1、電機(jī)定子繞組A相、中性點(diǎn)、C相、VT2、直流電源負(fù)極，此時(shí)Uac=-Uc，是C相電壓的負(fù)脈沖波形。二是直流電源正極、VT1、電機(jī)定子繞組A相、中性點(diǎn)、B相、VT6、直流電源負(fù)極，此時(shí)Uab=Ua，是A相電壓的正脈沖波形。

③在S3時(shí)間區(qū)間內(nèi)，當(dāng)開關(guān)VT1、VT2、VT3導(dǎo)通，VT4、VT5、VT6截止時(shí)，電路導(dǎo)通路線有兩條：一是直流電源正極、VT1、電機(jī)定子繞組A相、中性點(diǎn)、C相、VT2、直流電源負(fù)極，此時(shí)Uac=-Uc，是C相電壓的負(fù)脈沖波形。二是直流電源正極、VT3、電機(jī)定子繞組B相、中性點(diǎn)、C相、VT2、直流電源負(fù)極，此時(shí)Ubc=Ub，是B相電壓的正脈沖波形。三、收集信息

④在S4時(shí)間區(qū)間內(nèi)，當(dāng)開關(guān)VT2、VT3、VT4導(dǎo)通，VT1、VT5、VT6截止時(shí)，電路導(dǎo)通路線有兩條：一是直流電源正極、VT3、電機(jī)定子繞組B相、中性點(diǎn)、A相、VT4、直流電源負(fù)極，此時(shí)Uba=-Ua，是A相電壓的負(fù)脈沖波形。二是直流電源正極、VT3、電機(jī)定子繞組B相、中性點(diǎn)、C相、VT2、直流電源負(fù)極，此時(shí)Ubc=Ub，是B相電壓的正脈沖波形。⑤在S5時(shí)間區(qū)間內(nèi)，當(dāng)開關(guān)VT3、VT4、VT5導(dǎo)通，VT1、VT2、VT6截止時(shí)，電路導(dǎo)通路線有兩條：一是直流電源正極、VT3、電機(jī)定子繞組B相、中性點(diǎn)、A相、VT4、直流電源負(fù)極，此時(shí)Uba=-Ua，是A相電壓的負(fù)脈沖波形。二是直流電源正極、VT5、電機(jī)定子繞組C相、中性點(diǎn)、A相、VT4、直流電源負(fù)極，此時(shí)Uca=Uc，是C相電壓的正脈沖波形。⑥在S6時(shí)間區(qū)間內(nèi)，當(dāng)開關(guān)VT4、VT5、VT6導(dǎo)通，VT1、VT2、VT3截止時(shí)，電路導(dǎo)通路線有兩條：一是直流電源正極、VT5、電機(jī)定子繞組C相、中性點(diǎn)、A相、VT4、直流電源負(fù)極，此時(shí)Uca=Uc，是C相電壓的正脈沖波形。二是直流電源正極、VT5、電機(jī)定子繞組C相、中性點(diǎn)、B相、VT6、直流電源負(fù)極，此時(shí)Ucb=-Ub，是B相電壓的負(fù)脈沖波形。三、收集信息

同樣，由于電路采用全控型功率開關(guān)元件IGBT，通過驅(qū)動(dòng)電路控制IGBT的PWM占空比，可以實(shí)現(xiàn)波形相位和幅值的調(diào)制，通常采用三相空間電壓矢量PWM技術(shù)。三、收集信息逆變器VWUIPMIPMMGONONVWVW逆變器馬達(dá)運(yùn)作三、收集信息逆變器馬達(dá)運(yùn)作WIPMIPMMGONON逆變器VU三、收集信息逆變器馬達(dá)運(yùn)作IPMVIPMMGONONWUWUWU逆變器三、收集信息逆變器能量回收VWUIPMIPMMG到可變電壓系統(tǒng)逆變器再生電壓VWVW三、收集信息VWUIPMIPMMG逆變器WUWUVON抵消產(chǎn)生的電壓(V1=V2)車輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了電壓V2V1逆變器電能抵消三、收集信息四、制定方案本次實(shí)訓(xùn)任務(wù)主要是完成逆變器基本電路實(shí)驗(yàn)板制作。分組查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)逆變電路的基本知識(shí)，分析逆變電路工作原理，制作IGBT逆變電路并制訂其任務(wù)方案。五、任務(wù)實(shí)施（1）逆變電路實(shí)驗(yàn)板制作

①根據(jù)電路原理圖，制作的電路實(shí)驗(yàn)板需滿足以下功能要求：

閉合開關(guān)S1、S4，斷開開關(guān)S2、S3，負(fù)載電阻電壓Uo為正；

閉合開關(guān)S2