新能源車電網(十)

第五季

新能源車

功率電子單元(十)

上一期我們介紹了混合混合動力汽車中部件組成,今天我們具體介紹另外組成部件之一:功率電子單元。

原理

對於功率電子單元來說,最重要的功能就是電壓轉化器:

整流器和電流調節器

整流器

直流電流調節器

逆變器

以電壓形式或電壓和電流大小進行電能轉換的電路被稱為整流器。根據其功能可以分為直流整流器、逆變器和變流器。通過整流器可以將交流電壓轉換為直流電壓。相反,也可以將直流電壓轉換為交流電壓。為此需要使用逆變器。通過直流電流調節器可以將直流電壓轉換成較高或較低的直流電壓。直流電流調節器也被稱為DC/DC轉換器。使用交流電流調節器可以將交流電壓轉換為另一種較高(振幅)的交流電壓。如需改變交流電壓的頻率,則必須使用變頻器。在混合動力車輛中,供電電子裝置需要在直流電壓和交流電壓之間進行雙向轉換。此外,藉助供電電子裝置可以對電機的工作點進行靈活調節。

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整流器

整流器的電路符號

使用整流器可以將交流電壓轉換為直流電壓。整流器由多個互聯起來的二極體構成。二極體控制交流電壓的各個半波進入一個共同的方向,這樣就會產生間歇式的直流電壓。為了獲得純直流電壓,必須使用電容或扼流圈對經過整流器的電壓進行平滑處理。可以通過無需控制的半導體二極或利用可控晶閘管實現整流。可控整流器需要固定的控制電壓,通過該電壓在特定的時間打開和關閉電子開關以起到整流作用。可控整流器通過電子開關如晶閘管和金屬氧化物半導體場效應晶體管實現其功能。不可控整流器在進行交流電整流時沒有附加的控制電子裝置。

帶有二極體的整流器電路

用於三相電流的整流器

三相電流全波整流器

通過六線圈橋式電路也可以對三相電流進行整流。通過所採用的六個二極體可以充分使用三相導線上的所有半波。

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可控整流器

通過晶閘管接通時間點的推移對可控整流器進行功率調節

索引 說明

1 - 輸入電壓整流未使用部分

2 - 輸入電壓整流所需使用部分

3 - 用於晶閘管的觸發脈衝

可控整流器除了整流還可以進行功率調節。例如可在直流電機轉速控制範圍內使用。帶有晶閘管的可控整流器可作為調節閥阻止電流進行雙向流動,直至調節閥的控制電極上出現觸發脈衝。在上圖中以藍色矩形表示晶閘管的觸發脈衝。控制脈衝熄滅后產生電流(以紅色顯示)。只有電流下降到某一限值時,晶閘管再次對其進行阻止且必須在下一個半波振幅中對其進行重新觸發。

逆變器

逆變器的電路符號

可以將直流電壓轉換為交流電壓的整流器被稱為逆變器。逆變器採用的設計不僅可以用於單相交流電流也可以用於三相交流電流(三相電流)。其效率最高可以達到大約百分之98。為了進行驅動用電器需要使用交流電壓,但是僅有一個直流電源可供使用,此時就需要使用逆變器。例如,在混合動力車輛中電能存儲在高壓蓄電池內,為了進行電機驅動就需要使用三相電流。

其它應用情況還包括例如光電學設備。將直流電壓電源的功率輸送至交流或三相電流供電系統。

通過控制三極體,控制頻率的改變。

直流電流調節器

直流電流調節器的電路符號

可以通過二極體電路將恆定的輸入電壓轉換為其它數值電壓的整流器被稱為直流電流調節器,也稱DC/DC轉換器。特別是在電動動力總成技術中採用了直流電流調節器。基本類型包括降壓變壓器、增壓變壓器和換流器。採用已廣泛使用的功率 MOSFET和晶閘管作為開關。因為無需對直流電壓進行變壓,所以 DC/DC轉換器可以像電子開關模式電源件一樣首先將直流電壓轉換為交流電壓。隨後通過變壓器將其轉換為所需的較高電壓,再在整流器內將該電壓轉換成直流電壓並使用網狀過濾器進行平滑處理。受工作原理所限,電流在直流電流調節器處只能單向流動。為了使高壓蓄電池的電壓降低至12 伏,必須在部分和全混合動力車輛中使用 DC/DC 轉換器。

為了能夠使用輔助啟動導線或充電器對高壓蓄電池充電,DC/ DC 變流器須能夠雙向使用。即可以進行雙方向的直流電壓轉換。

更多新能源汽車的知識,我們會在下一集與各位分享。

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