多重串聯(lián)型逆變器在電動汽車中的應用

摘要：多重串聯(lián)型逆變器應用于電動汽車有諸多優(yōu)點。串聯(lián)結構輸出電壓矢量種類大大增加，增強了控制的靈活性，提高了控制的精確性；同時降低了電機中性點電壓的波動。逆變器的旁路特點可提高充電和再生制動控制的靈活性。

關鍵詞：電動汽車；串聯(lián)型逆變器；逆變器的旁路

Application of Cascaded Inverter to Electric Vehicle

SHAN Qing-xiao, HU Kai, YU Zhi-xong

Abstract:The application of cascaded inverter to electric vehicle can improve control freedom and accuracy by increasing number of output vector. And the voltage ripple of motor common end is also reduced. Bypass mode of single inverter is applied to increase control effect of charge and regenerative brake.

Keywords:Electric vehicle; Cascaded inverter; Bypass mode of inverter

1 概述

隨著人們對城市環(huán)境的日益關切，電動汽車的發(fā)展得到了一個難得的機遇。在城市交通中，電動大客車由于載量大，綜合效益高，成為優(yōu)先發(fā)展的對象。電動大客車大都采用三相交流電機，由于電機功率大，三相逆變器中的器件需要承受高電壓和大電流應力的作用，較高的dv/dt又使電磁輻射嚴重，并且需要良好的散熱。

而采用多重串聯(lián)型結構的大功率逆變器則降低了單個器件承受的電壓應力，降低了對器件的要求；降低了dv/dt值，減少了電磁輻射，器件的發(fā)熱也大大減少；由于輸出電平種類增加，控制性能更好。

圖1為采用多重串聯(lián)方式的三相逆變器。每一個單元逆變器是一個單相全橋逆變器，有獨立的直流電源，在電動車上，是由獨立的蓄電池提供。因此，降低了多個蓄電池串聯(lián)帶來的危險性，便于蓄電池的拆卸。

圖1 多 重 串 聯(lián) 型 三 相 逆 變 器

2 多重串聯(lián)結構

設m個單元逆變器串聯(lián)，如果每個單元逆變器直流側蓄電池電壓相同，則可組合出的電平數(shù)為m；如果每一個單元逆變器的蓄電池電壓不同，則組合出的電平數(shù)將會大大增加。設逆變器由兩個蓄電池電壓分別為Va和Vb的單元逆變器組成(Va>Vb)，則可輸出的正電平有Va＋Vb，Va，Va－Vb，Vb。若Va=Vb，則正電平數(shù)量為2；若Va≠Vb，且Va－Vb≠Vb，則正電平數(shù)量為4?？梢钥闯?，通過適當選擇電壓比，可以增加輸出電平的種類。以下分析均假設蓄電池電壓相等。

3 多重串聯(lián)逆變器

3.1 輸出矢量的復數(shù)表達

相對于三相SPWM技術，多重串聯(lián)型逆變器的控制方法有多諧波PWM技術（SHPWM）[1]，相移PWM技術(PSPWM)[2]等。由于電動汽車對電機的動態(tài)響應有較高的要求，采用三相異步電機的電動汽車一般采用矢量控制方法和直接轉(zhuǎn)矩控制方法。在矢量控制中，由于多重串聯(lián)型逆變器可輸出多種PWM電平，因此在電流跟蹤控制時可大大降低開關次數(shù)，減少輸出電流的諧波，改善跟蹤效果。

當采用空間矢量控制時，逆變器輸出矢量可表示如下：

v(t)=〔vaN(t)＋a·vbN(t)＋a2·vcN（t）〕（1）

式中：vaN，vbN，vcN是輸出端A,B,C相對于中性點N的電壓。

a=。

設

v(t)=vx＋i·vy

則

vx=(2·vaN－vbN－vcN) （2）

vy=·（vbN－vcN） （3）

3.2 單元逆變器的幾種狀態(tài)

在多重串聯(lián)型結構中，每一單元逆變器有三種狀態(tài)：正向?qū)?，反向?qū)ê团月?。如圖2所示，當S11，S14開通，逆變器處于“正向?qū)?rdquo;，輸出正向電壓；當S12，S13開通，逆變器處于“反向?qū)?rdquo;，輸出反向電壓；如上橋臂全部開通或下橋臂全部開通，則逆變器處于“旁路”狀態(tài)，不輸出電壓。

(a) 正 向 導 通 (b) 反 向 導 通

(c) 旁 路 狀 態(tài)1 (d) 旁 路 狀 態(tài)2

圖2 單 體 逆 變 橋 的 幾 種 狀 態(tài)