電動汽車智能充電系統(tǒng)開發(fā)【充電器控制系統(tǒng)設計優(yōu)秀畢業(yè)課程設計帶任務書+開題報告+外文翻譯】

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驅動器 對采礦業(yè)特別有利于研磨操作。在過去的二十年一直 在 進行研究 來 控制基于 機驅動和改善 中等的到 大功率應用 的 性能 [2]-[7]。 然而，傳統(tǒng)的 基于 應電機驅動器顯示一些嚴重的困難。因為系統(tǒng)有一個 基于 晶閘管 的 拓撲，它必須保證晶體閘流管 的 安全換向，這需要 一個 在所有操作區(qū)域 主 導功率因數(shù) 的 連接于 感 應電機 的 額外的輸出電容器 產生 自然換向要求 的主導 功率因 素 ，因為感應電機不能通過勵磁控制 提供主導 功率因 素 用于同步電機。 隨著 感應電機的額定功率 的 增加，一個 較 大的電容需要創(chuàng)建上級 主 導定義變量要求電容器的采取，這 高度 可能不合理。輸出電容器還設置 了 電機電感的共振現(xiàn)象 的 交互，嚴重限制驅動性能和導致高頻區(qū)域 的 內在不穩(wěn)定性 [4]。大輸出電容器在一定條件下可能會導致不良的自激，一個問題就加劇了更高的速度 [2]。通過輸出電容器生成主要功率因素 的 這種方法，盡管使用非常廣泛， 但 它本身的方法 產生了一些 基本問題。此外，在啟動和低速操作期 間， 通過 第 2 頁 共 14 頁 輸出電容器降低生成主要增值，導致滯后功率因 素 ，因此，負載換向是不可能的。因此，在低轉速區(qū) 要 一個復雜的和強制直流變換電路 [4]。此外，在低速區(qū)域準 方形 波電機電流波形， 富有 低階諧波，可以產生相當大的電流諧波和合成損 耗 以及電動機的定子漏電感 的 電壓峰值， 對于早期機失敗 存在 潛在的危險 [8]、 [10]。 在本文中， 感應馬達驅動使用一個 一個電壓型三電平逆變器 (行裝配提出了一種 基于型的混合 解決方案 。調查和描述 了 提出 的 電路的操作。結果表明 ，由 輸出電容與直流整流電路在傳統(tǒng) 應電機系統(tǒng)引起的所有的問題可以 通過提出解決方案來克服。這種混合解決方案具有以下特點和優(yōu)勢。 要求 的主要 的功率因 素 完全 由 有操作區(qū)域提供 。 角 的 主動控制。 傳統(tǒng)的基于 應電機驅動器輸出電容所引起所有問題， 比如由于 可以解決基本 的 和 和 諧 的 共振和在高頻區(qū)域 的 內在不穩(wěn)定性。 避免復雜的和昂貴的強迫直流整流電路 的 使用， 對于電機的直流變換電路和轉矩脈動整流失敗的潛在風險可以被消除。 在所有運行條件 下電 機電流和電壓幾乎 接近 純 正弦，包含小諧波組件。 通過 快速動態(tài)響應。 通過提出的策略 達到 最低電壓 率 和成本。 仿真和實驗結果 表明 提出 的 系統(tǒng)和控制結構的可行性。 標準基于 機 驅動 的回顧 基于 圖 1所示。它由一個輸入側 的 三相可控整流器和 有著 一個大的直流環(huán)節(jié)電感器輸出側的 提供給電機 的 電流的振幅 由 通過一個電感直流環(huán)節(jié)的相位控制整流器控制。直流環(huán)節(jié)的電感降低電 流 諧波和保證輸入的 此，電機作為一個電流源出現(xiàn)。直流電流強度以及電機電流強度可以 通過 調整可控整流器的 發(fā)射角控制。負載逆變器只能通過選擇晶體閘流管的控制實例 來 控制電機電流的基本頻率。對于晶體閘流管在 出 流 ， 必須 主 導相應的電機相電壓 。 因為通過感應電機的特點感應 電機的 電機 相 電流總是滯后于相應的電機相電壓， 通過 輸出電容器 得出 一個 主要 的功率因 素 。輸出交流電容器要求提供一個電機相電流 的 移相，導致一個 主要 的功率因 素 。圖 2的矢量圖明確解釋了輸出電容 怎樣 提供電流的移相，導致一個 主要 的功率因素角 。主要 的 功率因 素 允許高于的感應 電機 臨界頻率 的 體閘流管轉換速度。輸出電容器在高頻操作通過 提供一個低阻抗的諧波電流路徑也消除了來自逆變器 的 輸出電流波形接近正弦。 第 3 頁 共 14 頁 圖 1傳統(tǒng)基于 機 驅動 。 圖 2傳統(tǒng)基于 機 驅動 的矢量圖。 然而在啟動和低速區(qū) ， 由于電容器的高阻抗這些輸出電容器不能 有 足夠的主要角因為電容器電流太小。因此 ，為了促進 變換從一個階段到另一個階段 所需要的 附加 強 直流變換電路，通過有效地繞過在負載直流環(huán)節(jié)的流動電流。 隨著 電路的操作 ， 感應電機可以 啟動 和引起 操作 到達 上面 的 臨界速度 ， 這將確保輸出電容器 的 負載換向。然而，這種傳統(tǒng)的基于 出電容與直流變換電路 的 感應電機 系統(tǒng)顯示 了 一些缺點。 因為為了提供一個相移輸出交流電容器應充分補償感應電動機電感的效應，所需的電容大小必須 相應的 增加感應電動機 的 額定功率。 輸出交流電容器是不可靠的，尤其是大功率的應用程序。 共振現(xiàn)象可能是由于輸出電容和電機的電感之間的交互 引起的 。這些基本 的 和諧波 共 振問題嚴重限制了系統(tǒng)的性能。 在高頻區(qū)域 的 固有的不穩(wěn)定性 可能又 輸出電容器引起。 通過直流 換向 電路中強制換向 執(zhí)行， 可能發(fā)生低速運行時一個轉矩脈動。 在啟動和低速區(qū)，準方波電機電流波形， 富有 低階諧波，產生相當大的電流諧波，這可 能引起 損 耗 和 內 機加熱。此 外，他們可 能 導致電機的定子漏電感 的 電壓峰值。 提出 的 混合逆變器系統(tǒng) 拓撲結構和屬性 所提出的系統(tǒng)一個完整的電力線路圖 如 圖 3所示 。它是由一個三相可控整流器 、 后跟一個直流環(huán)節(jié)電感 的 通過一個小的 波器 第 4 頁 共 14 頁 連接。基本上，擬議的系統(tǒng)有一個 逆變器拓撲。注意 到 盡管這個配置類似于一個活躍的電力濾波器或串聯(lián)逆變器的拓撲，它的目的和操作完全不同于他們。 圖 3 提出 的 系統(tǒng)的線路圖。 在準方波模式 下 轉換器 作 。因此， 輸出電流的 平均 每個周期 只有一次在 打開 和 關閉，因此，他們的開關損耗可以忽略不計。 為了 調節(jié)電機速度以及提供一個安全的 感應電機。感應電機速度 是通過 瞬變調整輸出電壓幅值和 外， 輸出電壓的相位角是通過適當 地 改變 達到的 。因此， 主要功率因 素 是完全 通過 應電機的整個速度范圍得到的。基于 率因 素由 系統(tǒng)可以運行一個沒有直流整流電路 的 感應電機 ， 傳統(tǒng)基于 機 驅動器的輸 出交流電容器 也一樣 。因此，該系統(tǒng)可成功解決輸出電容和 強 直流變換電路所引起的所有的問題。此外，提出的計劃可以為所有速度區(qū)域生成正弦波電機電壓和電流，以減少低階諧波注入到電機。由于 傳統(tǒng) 方波電機電流允許轉矩脈動和諧波損 耗的 消 失 。一個小的 波器需要 用來 消除由 圖 4顯示了一個所提出系統(tǒng)的每 相 等效電路。所提出的系統(tǒng)有兩個逆變器的平行連接，電流源 代表 電壓源 代表 個正弦電機相電壓到 電動機。此外，它控制 全整流的主要功率因 素。 一個電機相電流 取決于與此同時 供一個電流 到電機。因此，電機相電流 是 電流 和 總和。從操作 點 的 角度看 ， 第 5 頁 共 14 頁 快速 動裝置 。因此，該系統(tǒng)與傳統(tǒng) 基于應電機驅動相比可展示一個快速系統(tǒng)瞬態(tài)響應 因為該 系統(tǒng)時間響應接近 于 圖 4所提出的系統(tǒng) 的 每 相 等效電路。 圖 5顯示了所提出的系統(tǒng) 的 一個電流向量圖。相位角度 表示 主要的功率因素角。這個角是由調整電機相電壓和 控制的 。因此，這種策略可以確保 超過 感應電機的所有操作速度 的 全交換。相位 表示感應電機的功率因 素 角。 依據 提供到電機 的 額定功率， 率到 電機負載，而 率到 無功和諧波功率。從成本的角度 看 此， 作出 該系統(tǒng) 的一個 成本效益解決方案。因為 間的 差異， 出電流 與 和 之間的相角成正比，對應。 因此，相角 應該維持在小 的 最低限度值。這種情況可以通過調整主要的角度 來為 最小值滿足 于 安全交換和控制感應電動機功率因 素獲得 。由于大功率感應電機 比小額定值電機 具有更好的 功率因素， 預計功率因 素 角 在大功率電動機的應用程 中 很小 。 它使 提出 的系統(tǒng)更具競爭力和大功率應用 更有效 。 B． 控制系統(tǒng)結構 一般基于驅動所提出的混合逆變器的控制框圖 如 圖 6所 示。總體控制策略是由兩個主要控制回路 組成的 。 第 6 頁 共 14 頁 圖 6提出 的 系統(tǒng)總體控制方案。 第一個控制回路是基于 作 的電機 速度控制。電機轉速可以使用一個使用滑動速度調節(jié)器 的 閉環(huán)速度控制器調節(jié)，這決定了 滑動速度參考。通過 增加 實際的速度和滑動速度 得到的 同步速度設置變頻器操作頻率。電壓幅值命令然后設置使用函數(shù)發(fā)電機的 逆變器頻率，可以確保有一個近 似于 常數(shù)通量操作。最后， 為了給 要 的功率因 素 ( )決定 了 電機電壓的相角。這個空間矢量調制器產生的開關模式基于 正弦輸出電壓 的 振幅、頻率和相位的命令信號。這個速度 回路 控制 通過 保 快速動態(tài)響應器 以 比傳統(tǒng)的 的 采樣周期。 第二個 是 使用可控整流器 的 直流環(huán)節(jié)電流控制 的 控制回路。這個計劃為了保持在穩(wěn)定狀態(tài) 下的 改變直流連接 電流。這個 回路 的主要功能是設置以這樣的方式 的 直流環(huán)節(jié) 電流 參考 ，那樣 基 于 電機電流幅值和相角 。下一節(jié)理論上 論證 過適當?shù)?調整直流環(huán)節(jié)的電流有效地減少。 轉換器大小 和 因為 提出 的 混合電路包括兩個逆變器，他們之間 的 輸出功率分布，給定一個特定的電機 功率要求，是重要的。一個評級因素被定義為 意 到 ， 通過假設由于 降 ， 他們的輸出終端 的 兩個逆變器連接 著 相同的電機相電壓可以忽略不計。因此，評級因素 與 電流和 有效值比例成正比 。 第 7 頁 共 14 頁 要 驅動 導致 一個非常高系統(tǒng)成本，這將限制該系統(tǒng)。從成本的觀點看 ， 為結果，應該盡量減少感應電機所需的運行功率 下的 評級因素。為了 驅動 直流環(huán)節(jié)電壓電流控制最小化 純電流源來模擬 7顯 示了兩個逆變器輸出電流 、 電機相電壓和電流的 平面圖 。由于 電機 電流是正弦量和 其中 為 正弦波電機相電流的振幅。 圖 7。 機相電壓 、 電 機相電流和 評級因素可以使用 (1)和 (2)驅動 ， 在 (3)中 ，應該注意到電機相電流幅值 取決于電機軸速度和 主要 的功率因素角是一個 控制因子。 此外， 是感應電機的滯后功率因 素 角，可檢測。然后，直流環(huán)節(jié) 電流 值大大降低了 導數(shù)為零 得到。 由一下 產生一個直流環(huán)節(jié) 電流 命令 第 8 頁 共 14 頁 方程 (5)允許直流連接電流控制來實現(xiàn)最低 相位偏移，。這個直流環(huán)節(jié)電流控制算法 通過 可控整流器實現(xiàn)。從(5)值得注 意的是，增加功率因素角度 ，直流環(huán)節(jié)電流值來減少評級因素也會增加。圖 8說明了直流環(huán)節(jié) 電流 命令的 平面圖 作為一個電機相電流的幅值和相角 的 函數(shù)。最小評級因素 是 重要的是要注意 到 ，直流環(huán)節(jié) 電流 值和相應的最小化評級因素在每一個感應電機和一個給定的主要 功率 因 素 角 的操作點是獨特的。圖 9顯示了一個 (5)中 直流環(huán)節(jié)的 電流值 的 最小化評級因素作為一個函數(shù)的相位角。 圖 8直流環(huán)節(jié)的電流和電機相電流幅值 的比率 作為一個函數(shù)的相位角。 圖 9 最小化評級因素與相角。 為了調查所提出的混合系統(tǒng)、詳細的計算機 的 性能模擬進行使用一個附錄 已 給出500馬力感應電機的參數(shù)。 圖 10描繪了全負荷下 的 電動機軸轉速。電機軸 速度 設置為 900 r / 引起 逆變器30 率。圖 11顯示了在穩(wěn)定狀態(tài) 下 三相電機相電流和 關于 第 9 頁 共 14 頁 輸出 電流 電機相電流有相位延遲，對應 主要 功率因數(shù)角 ( )和 負載功率因 素 角 ( )之和 。主要 的 功率因素 角 ( )控制使用 體閘流管的安全交換。一個電機相電壓和 主要 角 ( )用來確保相應的晶閘管開關 的 安全變換。另一方面，電機相電壓和電機相電流之間 的 負載功率因 素 角 ( )通過電機的特性 決定 ，這個模擬大約30度 。 為了最小化 5)中設置了 直流環(huán)節(jié) 電流 命令。注意到直流 環(huán)節(jié) 電流監(jiān)管比 40度 相移角 機電流之間的電機電流振幅 高大約 18%值 。 圖 10 全負荷下感應電機軸轉速。 圖 11 在穩(wěn)態(tài) 下 電流和輸出電流。 圖 12分別顯示了在穩(wěn)定狀態(tài) 下 電機相電流 、 直流環(huán)節(jié)電感電流。它可以指出， 流 提供電機相電流和 第 10 頁 共 14 頁 以 為 相移以及無功功率提供電機的 動態(tài) 功率。由于有限的直流 環(huán)節(jié) 感應器直流環(huán)節(jié)的 感應 電流展示了一些諧波脈動組件，它出現(xiàn)在 圖 12 電機相電流 、 節(jié)感應 電流。 驗證提出的拓撲結構和控制算法， 使用一個 合動力系統(tǒng)的原型 的 開發(fā)，一個相位控制整流器和一個 個 基于 絕緣柵門雙極晶體管 (商業(yè)逆變器(用作 外，一個相位控制整流器和 20節(jié) 電感器用于 出的控制結構實現(xiàn)一個定點數(shù)字信號處理器 ( ( 供。另一方面， 由于有限的 可控整流器和 0 數(shù)字 I / 沖變壓器 板 (脈沖 行列 用來打開控制整流器和 實驗中，一個 230V 60赫茲 1 為 負載采用 。 一個三相輸出濾波器使用 0 電容器實現(xiàn)。 該 系統(tǒng) 的 不同輸出頻率 (20、 40、 60 態(tài)運行見圖 13。 電流 波形顯示對應與 機電流的區(qū)別 的 小諧波和 電機電流是正弦。圖 14顯示了 個 主要 的功率因 素 角 ( )設置為 5度以 確保安全負載換向?；谶@個角度，在所有的速度范圍 內 沒有任何換向失敗 營成功。 圖 15顯示了穩(wěn)態(tài) 下的 因為 檢測 間的 40度相 角 ( )， 通過提出的 控制策略來最小化 監(jiān)管到直流環(huán)節(jié)的電流比電機電流幅值高出大約 18%。圖 16顯示了供應電壓、輸入電流的可控整流器和直流 環(huán)節(jié) 電流 。 直流環(huán)節(jié)的電流受 輸出電流和電機電 流之間的相移信息 控制 。 圖 17和 圖 18分別描繪了在一個快速的振幅變化和快速頻率變化 下的 輸出電流波形。 第 11 頁 共 14 頁 圖 13 在穩(wěn)態(tài)時所提出的系統(tǒng) 的 輸出電流波形 (a)20赫茲， (b)40赫茲， (c)60赫茲 (上跟蹤 :1A/ 中間跟蹤 :1A/下 跟蹤 :電機電流 (1A/。 第 12 頁 共 14 頁 圖 14 1A/出 60赫茲頻率 )。 圖 15 1A/出 60 。 第 13 頁 共 14 頁 圖 16 (a) 可控整流器 的供給線電壓和輸入電流 (1A/ (b) 在穩(wěn)態(tài) 下 直流 環(huán)節(jié) 電流 (1A/ 圖 17 輸出電流波形和振幅在 60赫茲輸出頻率變化迅速 (上跟蹤 :A/ 中間跟蹤 :電壓輸出電流 (1A/下 跟蹤 :電動機電流 (1A/。 第 14 頁 共 14 頁 圖 18 從 30到 60赫茲 的 輸出電流波形和頻率變化 [上跟蹤 :1A/中間跟蹤 :電壓輸出電流 (1A/下 跟蹤 :電動機電流 (1A/。 在本文中， 基于 于 機 驅動 的 新的混合 解決方案 。該策略允許 由 忽視 負載速度和轉矩。通過消除傳統(tǒng) 基于 機 驅動 的 輸出電容和強直流變換電路的要求，這個解決方案 對于 所有問題是相當自由的，如共振 、 內在的不穩(wěn)定性和轉矩脈動， 傳統(tǒng) 起 的。此外，正弦電機 相 電流和更快的響應 隨 提出 的 系統(tǒng) 得到 。根據電機電流和小 動和 實施直流環(huán)節(jié)電流的控制策略。本文包括仿真和實驗結果，驗證提出的拓撲結構和控制算法可行性。