充电机用高频链矩阵整流器的调制与控制策略研究

发布时间：2020-07-27 17:18

【摘要】：近年来,电动汽车充电机作为电动汽车电池的能量补给装置,已成为解决电动汽车续航问题的关键。传统的电动汽车充电机由前级三相整流电路和后级隔离型DC/DC变换器级联而成,电能变换效率低,且直流侧需大容量储能电容,体积大,功率密度低。本文将高频链矩阵整流器(High Frequency Link Matrix Rectifier,HFLMR)用于电动汽车充电机中,希望降低电能变换环节,提升电能转换效率。HFLMR可以实现AC/AC单级变换,无需中间直流储能环节,从而可以提高电能变换的效率和装置的功率密度。本文以电动汽车充电机为研究背景,以HFLMR为研究对象,主要研究HFLMR的双极性电流空间矢量调制策略(Bipolar Current Space Vector Pulse-width Modulation,B-C-SVM)、新型一步换流策略和直接电流选择性控制策略。首先分析了 HFLMR的工作原理,理论推导了适用于HFLMR的B-C-SVM策略,并给出了调制策略的两种具体实现方法。提出了一种适用于HFLMR的新型一步换流策略,相较于半自然两步换流策略,该方法可以进一步缩短换流时间,减少换流步骤,降低开关损耗。通过细分扇区和优化矢量合成顺序,实现了有效矢量之间的切换全部为自然换相。整个换流过程中,自然换相所占比例为66.7%,比传统换流策略的50%提高了 16.7%。仿真验证了调制与新型一步换流策略的正确性。结合电动汽车充电机应用背景,提出了一种直接电流选择性控制策略,通过对输出直流侧电压、电流和网侧三相电流进行控制,实现了网侧单位功率因数整流和输出侧“恒压限流”充电控制,仿真验证了控制策略的优越性。搭建了基于RT-LAB的实时仿真平台,通过实验验证了 HFLMR的B-C-SVM、新型一步换流策略和直接电流选择性控制策略的有效性和可行性。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM461
【图文】：

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西安理工大学工程硕士专业学位论文率应用场合，电力电子装置通常需要经过电能变换来达到应用的要求机电路拓扑结构主要经历了以下三个发展阶段：段如图 1-1 所示，主要由工频变压器、二极管不控整流器和 DC/DC 斩成【16】。这种早期的充电机主电路拓扑结构，由于采用了二极管不控整变换效率低且不能对电网的功率因数进行调节，因此难以适应实际大规已经退出使用。

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电机电路拓扑结构主要经历了以下三个发展阶段：阶段如图 1-1 所示，主要由工频变压器、二极管不控整流器和 DC/DC 斩构成【16】。这种早期的充电机主电路拓扑结构，由于采用了二极管不控整流能变换效率低且不能对电网的功率因数进行调节，因此难以适应实际大规前已经退出使用。图 1-1 第一阶段拓扑结构Fig.1-1 Structure diagram of the first stage阶段如图 1-2 所示，主要由不控整流器和隔离型 DC/DC 变换器组成。前整流，会对网侧造成严重的谐波污染。后级为隔离型 DC/DC，相当于 DC级变换通过高频变压器连接起来，有利于实现高频化，提高功率密度，气隔离。该拓扑在中小型功率电动汽车充电机中应用广泛【17】。

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Fig.1-1 Structure diagram of the first stage阶段如图 1-2 所示，主要由不控整流器和隔离型 DC/DC 变换器组成。前级整流，会对网侧造成严重的谐波污染。后级为隔离型 DC/DC，相当于 DC级变换通过高频变压器连接起来，有利于实现高频化，提高功率密度，并气隔离。该拓扑在中小型功率电动汽车充电机中应用广泛【17】。图 1-2 第二阶段拓扑结构Fig.1-2 Structure diagram of the second stage阶段如图 1-3 所示，相较于第一、二阶段的拓扑结构，该拓扑通过采用三相】与隔离型 DC/DC 变换器【19】级联的结构，减小了网侧的谐波电流，提高了电效率，现已被广泛应用于大型功率的电动汽车充电机中。

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