一种单相车载充电机谐波补偿器制造技术

本发明专利技术公开了一种单相车载充电机谐波补偿器，属于电动汽车技术领域。包括：谐波检测电路，谐波检测电路信号输入端的两个端口分别与充电电源AC的零线和火线连接，单片机MCU，单片机MCU的I/O端口与谐波检测电路的信号输出端连接，电压波形形成电路，包括一对上置NPN型三极管V1和V3，一对下置NPN型三极管V2和V4，V1的发射极与V2的集电极连接，V3的发射极与V4的集电极连接，V1和V3的集电极与V2和V4的发射极之间并联稳压电容Cdc，V1和V3及V2和V4的集电极和发射极之间均连接阻尼二极管，单片机MCU的I/O端口与电压波形形成电路的V1和V3及V2和V4的基极连接，馈受回路将电压波形形成电路所输出的补偿电压波形回馈给充电电源。它可以较好地补偿单相车载充电机产生的谐波。

A Harmonic Compensator for Single-Phase Vehicle Charger

The invention discloses a single-phase vehicle charger harmonic compensator, which belongs to the technical field of electric vehicles. Including: harmonic detection circuit, two ports of harmonic detection circuit signal input end are connected with zero line and fire line of AC charging power supply, MCU, I/O port of MCU are connected with signal output end of harmonic detection circuit, voltage waveform forming circuit includes a pair of NPN transistors V1 and V3, a pair of NPN transistors V2 and V4, emitters of V1 and V2 sets. The cathode of V3 is connected with the collector of V4, the cathode of V1 and V3 is connected with the cathode of V2 and V4, and the cathode and emitter of V1 and V3 and V3 and V2 and V4 are connected with damper diodes in parallel. The I/O port of MCU is connected with the base of V1 and V3 and V2 and V4 of the voltage waveform forming circuit. The voltage waveform is compensated by the feed and receive circuit. The voltage waveform is fed back to the charging power supply. It can better compensate the harmonic generated by single-phase vehicle charger.

【技术实现步骤摘要】
一种单相车载充电机谐波补偿器
本专利技术涉及电动汽车

技术介绍
随着环境污染和能源紧缺问题日益严峻，传统燃油汽车因能源消耗大、对环境污染严重，发展受到越来越多的限制。电动汽车作为新兴的交通工具在近年得到快速的发展，其全部或部分采用电力作为驱动系统的动力来源，在环保、清洁、节能等方面具有明显优势。电动汽车的充电装置主要包括直流充电机和交流充电机两种形式。直流充电机功率较大(100kW左右)，充电时间短，但体积较大，一般安装在专门的电动汽车充电站内。交流充电桩采用220V单相供电，利用车载式充电机为动力电池充电，一般功率较小(10kW左右)，充电时间较长，因体积小、占地少，可广泛地分布在城市的各个角落。国家电网公司现行标准中明确规定交流充电桩的功能，并未考虑到车载式充电机的谐波对电网的影响。随着交流充电桩的广泛应用，车载充电机将会是新的谐波源，影响着电网的电能质量和稳定性，谐波的存在也影响到交流充电桩计量系统的准确性和通信系统的稳定性。车载充电机输入为单相AC220V，其典型电路拓扑如图3所示。220V单相交流电首先经过单相不控整流桥，滤波后提供给高频功率变换器，功率变换器经过DC-DC变换输出需要的直流，再次滤波后为纯电动汽车充电。对充电机的谐波分析采用等效模型法，如图4所示，对高频功率变换器建模采用等效模型，图中e为输入电压，Rc为等效电阻，L为滤波电感，C为滤波电容，UB、I1为经过L、C滤波后输出的电压、电流。设P1为输入功率。电阻Rc的确定依据为用η表示充电机的效率，在充电过程中变换不大，可将其视为常量，用P0表示充电机的输出功率，U0、I0表示充电机输出电压和输出电流，则电阻Rc可表示为等效电阻Rc在工作过程中，随着功率的变化而发生变化。一个充电周期内等效阻抗Rc是变化的，所以负载电流的基波和各次谐波含量随之变化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种单相车载充电机谐波补偿器，它可以较好地补偿单相车载充电机产生的谐波，减少了谐波对电网造成的影响，还避免了谐波对电能计量与计费系统的影响。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种单相车载充电机谐波补偿器，包括：谐波检测电路，谐波检测电路信号输入端的两个端口分别与充电电源AC的零线和火线连接，用于检测充电机向充电电源AC回馈的干扰电压谐波；单片机MCU，单片机MCU的I/O端口与谐波检测电路的信号输出端连接，用于接收谐波检测电路所检测到的充电电源AC的各次谐波信号；电压波形形成电路，包括一对上置NPN型三极管V1和V3，一对下置NPN型三极管V2和V4，V1的发射极与V2的集电极连接，V3的发射极与V4的集电极连接，V1和V3的集电极与V2和V4的发射极之间并联稳压电容Cdc，V1和V3及V2和V4的集电极和发射极之间均连接阻尼二极管，V1的发射极与V2的集电极连接的节点为电压波形形成第一馈受端，V3的发射极与V4的集电极连接的节点为电压波形形成第二馈受端，电压波形形成第一馈受端和电压波形形成第二馈受端分别与充电电源AC的零线与火线连接，构成电压波形形成电路的馈受回路，馈受回路获取的充电电源AC的交流电源，再经四个阻尼二极管整流并通过稳压电容Cdc稳压后形成与电压波形形成电路供电的直流电源Vdc；单片机MCU所发出的电压波形控制信号经I/O端口与电压波形形成电路的V1和V3及V2和V4的基极连接，以控制电压波形形成电路所输出的补偿电压波形，馈受回路将电压波形形成电路所输出的补偿电压波形回馈给充电电源。本专利技术进一步改进在于：电压波形形成第一馈受端和电压波形形成第二馈受端分别通过电感L1和电感L2与充电电源AC的零线与火线连接。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：单相车载充电机谐波补偿器通过谐波检测电路检测充电机向充电电源AC回馈的干扰电压谐波，单片机MCU通过内置的APF控制系统，将谐波检测电路检测到的电压谐波作为指令电流，采用双闭环控制，在电压外环中，对直流侧电压采用PI控制；由于PI控制器对高频指令无法做到准确跟踪，根据内模原理，要实现无静差跟踪和消除扰动影响控制环路内部必须包含外部输入信号的数学模型，并且构成闭环控制系统，而PI控制器只含有常数和阶跃信号的S域模型，只能对直流信号实现无静差跟踪，对于APF系统而言，谐波电流是多种不同频率的交流分量叠加而成，若植入各个频率的信号发生器以完成无静差跟踪，则工作量大不便于实现，所以在电流内环中，选择各个谐波的最小公共周期，即基波周期作为其指令信号的重复周期，根据内模原理，在电流内环控制模型中构建出谐波信号的重复信号发生器，并以基波周期为重复周期，即可完成各个谐波的无静差跟踪。最后通过电压波形形成电路形成补偿电压波形回馈给充电电源，以起到对谐波的补偿作用。它可以较好地补偿单相车载充电机产生的谐波，减少了谐波对电网造成的影响，还避免了谐波对电能计量与计费系统的影响。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2为PI控制+重复控制复合控制框图；图3为现有高频充电机的电路结构框图；图4为现有高频充电机的电路等效模型。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本专利技术进行进一步详细说明。参见图1，图中充电电源AC右侧接产生谐波源的充电桩，本实施例包括：谐波检测电路，谐波检测电路信号输入端的两个端口分别与充电电源AC的零线和火线连接，用于检测充电机向充电电源AC回馈的干扰电压谐波；单片机MCU，单片机MCU的I/O端口与谐波检测电路的信号输出端连接，用于接收谐波检测电路所检测到的充电电源AC的各次谐波信号；电压波形形成电路，包括一对上置NPN型三极管V1和V3，一对下置NPN型三极管V2和V4，V1的发射极与V2的集电极连接，V3的发射极与V4的集电极连接，V1和V3的集电极与V2和V4的发射极之间并联稳压电容Cdc，V1和V3及V2和V4的集电极和发射极之间均连接阻尼二极管，V1的发射极与V2的集电极连接的节点为电压波形形成第一馈受端，V3的发射极与V4的集电极连接的节点为电压波形形成第二馈受端，电压波形形成第一馈受端和电压波形形成第二馈受端分别与充电电源AC的零线与火线连接，构成电压波形形成电路的馈受回路，馈受回路获取的充电电源AC的交流电源，再经四个阻尼二极管整流并通过稳压电容Cdc稳压后形成与电压波形形成电路供电的直流电源Vdc；单片机MCU所发出的电压波形控制信号经I/O端口与电压波形形成电路的V1和V3及V2和V4的基极连接，以控制电压波形形成电路所输出的补偿电压波形，馈受回路将电压波形形成电路所输出的补偿电压波形回馈给充电电源。电压波形形成第一馈受端和电压波形形成第二馈受端分别通过电感L1和电感L2与充电电源AC的零线与火线连接。工作原理：谐波检测电路经过信号输入端对充电电源AC的电压采样，然后采用离散傅里叶变换从而得到谐波分量；(谐波检测电路为本领域技术人员所熟知的现有技术)单片机MCU将谐波采样得到的谐波分量作为指令电流，电压采样得到的系统电压作为输入，然后进行PI控制复合重复控制算法，最终得到控制电压波形形成的PWM波形。L1、L2表示支路的滤波电感，Cdc表示直流母线电容，即ur表示电压波形形成输出电压，设直流侧电压为Vdc，即通过整理状态把交流侧有功功率交换来的稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相车载充电机谐波补偿器，其特征在于，所述谐波补偿器包括：谐波检测电路，所述谐波检测电路信号输入端的两个端口分别与充电电源AC的零线和火线连接，用于检测充电机向充电电源AC回馈的干扰电压谐波；单片机MCU，所述单片机MCU的I/O端口与所述谐波检测电路的信号输出端连接，用于接收所述谐波检测电路所检测到的充电电源AC的各次谐波信号；电压波形形成电路，包括一对上置NPN型三极管V1和V3，一对下置NPN型三极管V2和V4，所述V1的发射极与所述V2的集电极连接，所述V3的发射极与所述V4的集电极连接，所述V1和V3的集电极与所述V2和V4的发射极之间并联稳压电容Cdc，所述V1和V3及V2和V4的集电极和发射极之间均连接阻尼二极管，所述V1的发射极与所述V2的集电极连接的节点为电压波形形成第一馈受端，所述V3的发射极与所述V4的集电极连接的节点为电压波形形成第二馈受端，所述电压波形形成第一馈受端和所述电压波形形成第二馈受端分别与所述充电电源AC的零线与火线连接，构成所述电压波形形成电路的馈受回路，所述馈受回路获取的所述充电电源AC的交流电源，再经四个所述阻尼二极管整流并通过稳压电容Cdc稳压后形成与所述电压波形形成电路供电的直流电源Vdc；所述单片机MCU所发出的电压波形控制信号经I/O端口与所述电压波形形成电路的V1和V3及V2和V4的基极连接，以控制电压波形形成电路所输出的补偿电压波形，所述馈受回路将电压波形形成电路所输出的补偿电压波形回馈给充电电源。...

【技术特征摘要】
1.一种单相车载充电机谐波补偿器，其特征在于，所述谐波补偿器包括：谐波检测电路，所述谐波检测电路信号输入端的两个端口分别与充电电源AC的零线和火线连接，用于检测充电机向充电电源AC回馈的干扰电压谐波；单片机MCU，所述单片机MCU的I/O端口与所述谐波检测电路的信号输出端连接，用于接收所述谐波检测电路所检测到的充电电源AC的各次谐波信号；电压波形形成电路，包括一对上置NPN型三极管V1和V3，一对下置NPN型三极管V2和V4，所述V1的发射极与所述V2的集电极连接，所述V3的发射极与所述V4的集电极连接，所述V1和V3的集电极与所述V2和V4的发射极之间并联稳压电容Cdc，所述V1和V3及V2和V4的集电极和发射极之间均连接阻尼二极管，所述V1的发射极与所述V2的集电极连接的节点为电压波形形成第一馈受端，所述V3的发射极...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚正旭，张潘婷，刘翔皓，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32