一种三相PFC电路级联双绕组电机控制电路及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相PFC电路级联双绕组电机控制电路及控制方法。主要包括电池模块、三相PFC电路、第一电路、第二电路、第一电机双绕组和第二电机双绕组；本发明专利技术电路极大程度上复用一套硬件设备，同时实现了双绕组电机的控制和车载充电器的充电功能；同时本发明专利技术控制方法可以在功率半导体电流能力一定的时候，有效进行原边和副边容量均衡，实现最大程度的功率传输和提供充电容量。运行的时候原边副边的有功功率效率大于90%，无功功率之比大于90%。无功功率之比大于90%。无功功率之比大于90%。

【技术实现步骤摘要】
一种三相PFC电路级联双绕组电机控制电路及控制方法


[0001]本专利技术属于电机控制及车载充电装置领域，尤其涉及一种三相PFC电路级联双绕组电机控制电路及控制方法。

技术介绍

[0002]随着时代的发展和进步，人们逐渐意识到节约能源的重要性，以电动汽车为代表的新能源汽车以电能作为主要的驱动能源，能够有效缓解温室效应和其他有害气体排放对自然环境的不利影响。
[0003]电池是制约电动汽车发展的一个重要因素。如今电动汽车用户普遍十分关心的是电池的充电问题。
[0004]充电桩是一种非车载充电设备，通常安装在固定的运营场所，可直接提供直流电压给电动汽车的电池包，具有充电功率大、充电速度快的优点。但充电场所固定，便携性欠佳，相比于充电桩，车载充电器（OBC，On Board Charger）可以提供更加便利的充电方式。
[0005]受限于车内有限的空间，车载充电器需要有较小的体积和重量，并且从用户的角度考量还需要有较高充电功率。同时在满足用户功能需求的同时尽可能地压缩硬件成本也是研究开发人员需要考虑的重要问题。
[0006]现如今车载充电器都需要将其单独作为一个模块添加到电动汽车的硬件配置中，相关的优化改进方案也都是针对该模块整体进行研究，基于此，针对上述论述，期望获得一种新型的车载充电器替代方案，能够有效解决电动汽车空间限制，减少整车上连接车载充电机管线路，降低整体硬件成本的同时突破单相充电的功率限制，利用三相交流市电尽可能地提升充电功率，缩短充电时间。
[0007]公开号为CN115230507A的技术方案从电气原理上复制了当前主流车载电源模块（On board Chager）的电路拓扑，即强行用双绕组电机拓扑通过大量继电器对拓扑进行OBC变化（即PFC、LLC方式），未能利用充足双绕组电机的容量优势。同时，大量的（7个）大电流继电器的使用会造成整个产品的成本增高和可靠性降低，不利于产品的量产。
[0008]An EV Integrated Isolated DC Charger using a Six
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Phase Synchronous Machine，Sukhjit S Ghumman公开使用了原边id正弦控制，iq0电流控制，副边不控制的方案，但该方案存在如下不足：
[0009]1、受限于开关器件的开关频率（10kHz
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20kHz），正弦波控制的电频率被限制在2kHz以内，在电频率较小的时候，需要用较大的电流幅值来承担双三相绕组中的电压抬升需求，即产生了大量的无功分量最终影响有功分量（即充电功率）的输出。
[0010]2、仅考虑了DCDC的升压充放电功能，未考虑三相充电机（家用慢充桩）的实际情况，本提案集成了慢充桩必须的三相PFC电路。
[0011]3、并未对双绕组拓扑下的双逆变器的容量进行合理分配，会造成运行时的原副边电流不均衡的情况，影响最大功率输出能力。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种三相PFC电路级联双绕组电机控制电路及控制方法。
[0013]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0014]一种三相PFC电路级联双绕组电机控制电路，包括：
[0015]电池模块、三相PFC电路、第一电路、第二电路、第一电机双绕组和第二电机双绕组；其中三相PFC电路的正极通过第一开关与第一电路的正极连接，三相PFC电路的负极通过第三开关与第一电路的负极连接，第一电路的正极还通过第二开关与电池模块的正极连接，第一电路的负极还通过第四开关与电池模块的负极连接，第二电路的正极与电池模块的正极连接，第二电路的负极与电池模块的负极连接；所述第一电路与第二电路均由一电容和三相桥臂组成，各相分为上下两个桥臂，每个桥臂由功率开关管和续流二极管连接而成；其中第一电路的三相桥臂的中点分别对应连接到第一电机双绕组的三相绕组，第二电路的三相桥臂的中点分别对应连接到第二电机双绕组的三相绕组；
[0016]所述三相PFC电路级联双绕组电机控制电路通过控制第一开关、第二开关、第三开关和第四开关实现两种模式；其中，断开第一开关和第三开关、闭合第二开关和第四开关为双绕组电机控制模式，此时电池模块同时对第一电路和第二电路直流驱动，第一电路和第二电路作为电机控制电路，分别同时PWM驱动第一电机双绕组和第二电机双绕组；
[0017]闭合第一开关和第三开关、断开第二开关和第四开关为车载充电器模式，此时第一电机双绕组中的三相绕组共同构成隔离变压器的原边，第二电机双绕组中的三相绕组共同构成隔离变压器的副边；第一电路和第二电路作为三相全桥逆变/整流电路，实现对三相PFC电路输出电压的逆变和对隔离变压器输出的高频交流电的整流；通过配置两组三相绕组的导线匝数，实现隔离变压器模块的升压功能。
[0018]一种三相PFC电路级联双绕组电机控制电路的控制方法，控制所述三相PFC电路级联双绕组电机控制电路在车载充电器模式下的电能传输，包括以下步骤：
[0019]采集隔离变压器原、副边d轴电流和输出功率反馈；
[0020]基于采集的隔离变压器原、副边d轴电流和输出功率反馈获取原边电流正弦相位以及电流幅值给定值，进而获得原边d轴电流给定值；
[0021]将获得的原边d轴电流给定值与对应的原边d轴电流作差后送入PI控制器和SOGI双积分谐振控制器，经过求和之后得到原边电压指令；
[0022]基于原、副边电压指令，分别通过载波或空间矢量调制方法得到PWM波，输入至隔离变压器原、副边，控制所述三相PFC电路级联双绕组电机控制电路在车载充电器模式下的电能传输。
[0023]进一步地，所述基于采集的隔离变压器原、副边d轴电流和输出功率反馈获取原边电流正弦相位以及电流幅值给定值，进而获得原边d轴电流给定值具体为：
[0024]将原、副边d轴电流有效值之差输入至PI调节器后，输出得到期望单位正弦电流的滞后相位，再经过正弦波发生器输出幅值为1的正弦波即得到原边电流正弦相位；
[0025]将充放电期望功率给定和副边输出功率反馈作差后通过PI控制器输出原边电流幅值给定值；
[0026]将原边电流正弦相位和原边电流幅值给定值求积获得原边d轴电流给定值。
[0027]进一步地，所述副边电压指令为定值。
[0028]一种三相PFC电路级联双绕组电机控制电路的控制装置，包括：
[0029]数据采集模块，用于采集隔离变压器原、副边d轴电流和输出功率反馈；
[0030]电流正弦相位给定模块，用于基于采集的隔离变压器原、副边d轴电流获取原边电流正弦相位；
[0031]电流幅值给定模块，用于基于采集的隔离变压器原、副边d轴电流和输出功率反馈获取电流幅值给定值；
[0032]电流内环调节模块，用于将获得的原边d轴电流给定值与对应的原边d轴电流作差后送入PI控制器和SOGI双积分谐振控制器，经过求和之后得到原边电压指令；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相PFC电路级联双绕组电机控制电路，其特征在于，包括：电池模块、三相PFC电路、第一电路、第二电路、第一电机双绕组和第二电机双绕组；其中三相PFC电路的正极通过第一开关与第一电路的正极连接，三相PFC电路的负极通过第三开关与第一电路的负极连接，第一电路的正极还通过第二开关与电池模块的正极连接，第一电路的负极还通过第四开关与电池模块的负极连接，第二电路的正极与电池模块的正极连接，第二电路的负极与电池模块的负极连接；所述第一电路与第二电路均由一电容和三相桥臂组成，各相分为上下两个桥臂，每个桥臂由功率开关管和续流二极管连接而成；其中第一电路的三相桥臂的中点分别对应连接到第一电机双绕组的三相绕组，第二电路的三相桥臂的中点分别对应连接到第二电机双绕组的三相绕组；所述三相PFC电路级联双绕组电机控制电路通过控制第一开关、第二开关、第三开关和第四开关实现两种模式；其中，断开第一开关和第三开关、闭合第二开关和第四开关为双绕组电机控制模式，此时电池模块同时对第一电路和第二电路直流驱动，第一电路和第二电路作为电机控制电路，分别同时PWM驱动第一电机双绕组和第二电机双绕组；闭合第一开关和第三开关、断开第二开关和第四开关为车载充电器模式，此时第一电机双绕组中的三相绕组共同构成隔离变压器的原边，第二电机双绕组中的三相绕组共同构成隔离变压器的副边；第一电路和第二电路作为三相全桥逆变/整流电路，实现对三相PFC电路输出电压的逆变和对隔离变压器输出的高频交流电的整流；通过配置两组三相绕组的导线匝数，实现隔离变压器模块的升压功能。2.一种三相PFC电路级联双绕组电机控制电路的控制方法，其特征在于，控制权利要求1所述三相PFC电路级联双绕组电机控制电路在车载充电器模式下的电能传输，包括以下步骤：采集隔离变压器原、副边d轴电流和输出功率反馈；基于采集的隔离变压器原、副边d轴电流和输出功率反馈获取原边电流正弦相位以及电流幅值给定值，进而获得原边d轴电流给定值；将获得的原边d轴电流给定值与对应的原边d轴电流作差后送入PI控制器和SOGI双积分谐振控制器，经过求和之后得到原边电压指令；基于原、副边电压指令，分别通过载波或空间矢量调制方法得到PWM波，输入至隔离变压器原、副边，控制所述三相PFC电路级联双绕组电机控制电路在车载充电器模式下的电能传输。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于采集的隔离变...

【专利技术属性】
技术研发人员：及非凡，李艳君，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：