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

電動汽車智能充電系統(tǒng)開發(fā)【充電器控制系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計帶任務(wù)書+開題報告+外文翻譯】,電動汽車,智能,充電,系統(tǒng),開發(fā),充電器,控制系統(tǒng),設(shè)計,優(yōu)秀,優(yōu)良,畢業(yè),課程設(shè)計,任務(wù)書,開題,報告,講演,呈文,外文,翻譯 第 1 頁 共 14 頁 一期 41卷， 2006年 1月 /2月 一個混合溶液為負(fù)載整流逆變器控制感應(yīng)電機驅(qū)動器 . 要 ： 一個 新奇的、 混合 解決方案 采用一個負(fù)載整流逆變器 (電壓型三電平逆變器( 結(jié)合提出了感應(yīng)電機驅(qū)動器。 通過 避免輸出電容和強制直流變換電路 的 使用，該解決方案可以 消除在基 于 這些電路 的 所有的缺點。此外， 可達(dá)到輸出電流波形和更快的動態(tài)反應(yīng) 的 質(zhì)量改善。提出的混合方案 突出 以下任務(wù) :1) 電壓源逆變器控制感應(yīng) 電機 的整個速度區(qū)域 ； 2)直流環(huán)節(jié)電流控制回路，保證最低 提出 的解決方案的優(yōu)勢在傳統(tǒng) 機 驅(qū)動器包括以下幾點 :1)正弦電機相電流和電壓基于瞬時電機速度控制 ； 2)快速動態(tài)響應(yīng)的電壓源逆變器操作 ； 3) 電機電路共振和電機轉(zhuǎn)矩脈動 的 消除。大功率傳動系統(tǒng)提出 的 混合電路的可行性是通過計算機模擬驗證一個 500馬力感應(yīng)電 機。實驗結(jié)果支持使用所提出的系統(tǒng)還包括了一個 1 索引詞 —— 交流輸出電容器 、 混合式電路 、感應(yīng)電機、負(fù)載 整流逆變器 ( 介紹 以負(fù)載 整流逆變器 (基礎(chǔ)的感應(yīng)電機驅(qū)動器 傳統(tǒng)的用于非常高功率 的 應(yīng)用，如泵 、 壓縮機和 風(fēng)扇 驅(qū)動器。這個驅(qū)動是基于經(jīng)濟 的 和可靠的電流源逆變器 (用晶體閘流管 和堅固 的籠 型 感應(yīng)電機。基于 優(yōu)點 起因于 事實，它 采用 變換器級晶體閘流管和利用晶體閘流管的自然換向。它提供了簡單 性 、魯棒性、成本有效性 和 非常低 的 開關(guān)損耗 [6]、 [11]。此外，因 為它有 有 固有的 勢 : 1)短路保護(hù) :由直流環(huán)節(jié)監(jiān)管電流輸出電流是有限的 ； 2)高轉(zhuǎn)換器可靠性，由于開關(guān)和固有的短路保護(hù)的單向自然 性； 3)瞬時和連續(xù)再生能力 [9]. 所有這些特性， 驅(qū)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(jìn)行研究 來 控制基于 機驅(qū)動和改善 中等的到 大功率應(yīng)用 的 性能 [2]-[7]。 然而，傳統(tǒng)的 基于 應(yīng)電機驅(qū)動器顯示一些嚴(yán)重的困難。因為系統(tǒng)有一個 基于 晶閘管 的 拓?fù)?，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(dǎo)功率因數(shù) 的 連接于 感 應(yīng)電機 的 額外的輸出電容器 產(chǎn)生 自然換向要求 的主導(dǎo) 功率因 素 ，因為感應(yīng)電機不能通過勵磁控制 提供主導(dǎo) 功率因 素 用于同步電機。 隨著 感應(yīng)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(dǎo)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(shè)置 了 電機電感的共振現(xiàn)象 的 交互，嚴(yán)重限制驅(qū)動性能和導(dǎo)致高頻區(qū)域 的 內(nèi)在不穩(wěn)定性 [4]。大輸出電容器在一定條件下可能會導(dǎo)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(chǎn)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(dǎo)致滯后功率因 素 ，因此，負(fù)載換向是不可能的。因此，在低轉(zhuǎn)速區(qū) 要 一個復(fù)雜的和強制直流變換電路 [4]。此外，在低速區(qū)域準(zhǔn) 方形 波電機電流波形， 富有 低階諧波，可以產(chǎn)生相當(dāng)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(yīng)馬達(dá)驅(qū)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(diào)查和描述 了 提出 的 電路的操作。結(jié)果表明 ，由 輸出電容與直流整流電路在傳統(tǒng) 應(yīng)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(yīng)電機驅(qū)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(nèi)在不穩(wěn)定性。 避免復(fù)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(zhuǎn)矩脈動整流失敗的潛在風(fēng)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(yīng)。 通過提出的策略 達(dá)到 最低電壓 率 和成本。 仿真和實驗結(jié)果 表明 提出 的 系統(tǒng)和控制結(jié)構(gòu)的可行性。 標(biāo)準(zhǔn)基于 機 驅(qū)動 的回顧 基于 圖 1所示。它由一個輸入側(cè) 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(cè)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(diào)整可控整流器的 發(fā)射角控制。負(fù)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(dǎo)相應(yīng)的電機相電壓 。 因為通過感應(yīng)電機的特點感應(yīng) 電機的 電機 相 電流總是滯后于相應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng) 電機 臨界頻率 的 體閘流管轉(zhuǎn)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(qū)動 。 圖 2傳統(tǒng)基于 機 驅(qū)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(jìn) 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(fù)載直流環(huán)節(jié)的流動電流。 隨著 電路的操作 ， 感應(yīng)電機可以 啟動 和引起 操作 到達(dá) 上面 的 臨界速度 ， 這將確保輸出電容器 的 負(fù)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(yīng)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(yīng)充分補償感應(yīng)電動機電感的效應(yīng)，所需的電容大小必須 相應(yīng)的 增加感應(yīng)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(yīng)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(yán)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(zhuǎn)矩脈動。 在啟動和低速區(qū)，準(zhǔn)方波電機電流波形， 富有 低階諧波，產(chǎn)生相當(dāng)大的電流諧波，這可 能引起 損 耗 和 內(nèi) 機加熱。此 外，他們可 能 導(dǎo)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)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?；旧希瑪M議的系統(tǒng)有一個 逆變器拓?fù)?。注?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?fù)?，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(zhǔn)方波模式 下 轉(zhuǎn)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(guān)閉，因此，他們的開關(guān)損耗可以忽略不計。 為了 調(diào)節(jié)電機速度以及提供一個安全的 感應(yīng)電機。感應(yīng)電機速度 是通過 瞬變調(diào)整輸出電壓幅值和 外， 輸出電壓的相位角是通過適當(dāng) 地 改變 達(dá)到的 。因此， 主要功率因 素 是完全 通過 應(yīng)電機的整個速度范圍得到的?；?率因 素由 系統(tǒng)可以運行一個沒有直流整流電路 的 感應(yīng)電機 ， 傳統(tǒng)基于 機 驅(qū)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(zhuǎn)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(yīng)電機驅(qū)動相比可展示一個快速系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng) 因為該 系統(tǒng)時間響應(yīng)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(diào)整電機相電壓和 控制的 。因此，這種策略可以確保 超過 感應(yīng)電機的所有操作速度 的 全交換。相位 表示感應(yīng)電機的功率因 素 角。 依據(jù) 提供到電機 的 額定功率， 率到 電機負(fù)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(yīng)。 因此，相角 應(yīng)該維持在小 的 最低限度值。這種情況可以通過調(diào)整主要的角度 來為 最小值滿足 于 安全交換和控制感應(yīng)電動機功率因 素獲得 。由于大功率感應(yīng)電機 比小額定值電機 具有更好的 功率因素， 預(yù)計功率因 素 角 在大功率電動機的應(yīng)用程 中 很小 。 它使 提出 的系統(tǒng)更具競爭力和大功率應(yīng)用 更有效 。 B． 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一般基于驅(qū)動所提出的混合逆變器的控制框圖 如 圖 6所 示?？傮w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(zhuǎn)速可以使用一個使用滑動速度調(diào)節(jié)器 的 閉環(huán)速度控制器調(diào)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(shè)置變頻器操作頻率。電壓幅值命令然后設(shè)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(diào)制器產(chǎn)生的開關(guān)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(yīng)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(shè)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(dāng)?shù)?調(diào)整直流環(huán)節(jié)的電流有效地減少。 轉(zhuǎn)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(shè)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(qū)動 導(dǎo)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(jié)果，應(yīng)該盡量減少感應(yīng)電機所需的運行功率 下的 評級因素。為了 驅(qū)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(qū)動 ， 在 (3)中 ，應(yīng)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(yīng)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(dǎo)數(shù)為零 得到。 由一下 產(chǎn)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(yīng)的最小化評級因素在每一個感應(yīng)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(diào)查所提出的混合系統(tǒng)、詳細(xì)的計算機 的 性能模擬進(jìn)行使用一個附錄 已 給出500馬力感應(yīng)電機的參數(shù)。 圖 10描繪了全負(fù)荷下 的 電動機軸轉(zhuǎn)速。電機軸 速度 設(shè)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(guān)于 第 9 頁 共 14 頁 輸出 電流 電機相電流有相位延遲，對應(yīng) 主要 功率因數(shù)角 ( )和 負(fù)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(yīng)的晶閘管開關(guān) 的 安全變換。另一方面，電機相電壓和電機相電流之間 的 負(fù)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(shè)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(fù)荷下感應(yīng)電機軸轉(zhuǎn)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(yīng)器直流環(huán)節(jié)的 感應(yīng) 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(yīng) 電流。 驗證提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(fù)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(yīng)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(shè)置為 5度以 確保安全負(fù)載換向。基于這個角度，在所有的速度范圍 內(nèi) 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(yīng)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(qū)動 的 新的混合 解決方案 。該策略允許 由 忽視 負(fù)載速度和轉(zhuǎn)矩。通過消除傳統(tǒng) 基于 機 驅(qū)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(dāng)自由的，如共振 、 內(nèi)在的不穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)矩脈動， 傳統(tǒng) 起 的。此外，正弦電機 相 電流和更快的響應(yīng) 隨 提出 的 系統(tǒng) 得到 。根據(jù)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(jié)果，驗證提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制算法可行性。