[发明专利]一种电力电子技术实现的取力车载电源

权利要求书

1.一种电力电子技术实现的取力车载电源，其特征在于：包括整流二极管、直流电容、逆变电路、控制器和励磁电源；

整流二极管：接收发电机发出的交流电，将其整流成带脉动的直流电，输出给直流电容；

直流电容：对接收的带脉动的直流电进行滤波处理，得到平直的直流电，输出给逆变电路；

逆变电路：在控制器的控制下，将平直的直流电逆变成稳定的交流电，供负载使用；

控制器：实时采集发电机发出的交流电电压、直流电容输出给逆变电路的直流电电压、负载电流以及励磁电源输出给发电机的励磁电流，监测上述两个电压的变化趋势，根据变化趋势向励磁电源发送励磁电流输出指令，以使发电机发出的交流电电压保持稳定；控制逆变电路将平直的直流电逆变成稳定的交流电；

励磁电源：根据控制器发送的励磁电流输出指令，向发电机输出调节后的励磁电流；

控制器采用双闭环控制方式获得励磁电流输出指令，所述双闭环包括内环和外环，其中内环是励磁电流环，外环是交流电压环/直流电压环，具体控制方式如下：

(1)控制器实时采集发电机发出的交流电电压、直流电容输出给逆变电路的直流电电压以及励磁电源输出给发电机的励磁电流，根据发电机发出的交流电电压、直流电容输出给逆变电路的直流电电压和负载电流，对外环进行PID控制，向内环输出励磁电流调节指令；

(2)控制器根据励磁电流调节指令和励磁电源输出给发电机的实时励磁电流，对内环进行PI控制，得到励磁电源的占空比指令，励磁电源根据所述占空比指令向发电机输出相应的励磁电流；

控制器根据负载大小选择外环为交流电压环或直流电压环，当外环为交流电压环时，控制器根据发电机发出的交流电电压，对外环进行PID控制；当外环为直流电压环时，控制器根据直流电容输出给逆变电路的直流电电压，对外环进行PID控制；

控制器选择外环为交流电压环或直流电压环的方式如下：

(s1)控制器根据发电机发出的交流电电压和负载电流，获得负载瞬时功率P，计算公式如下：

P＝ua*ia+ub*ib+uc*ic

其中，ua、ub、uc分别为发电机发出的三相交流电电压瞬时值，ia、ib、ic分别为负载的三相负载电流瞬时值；

(s2)当P低于车载电源总功率的5％时，认为负载为小功率负载，控制器选择外环为交流电压环；当P不低于车载电源总功率的5％时，认为负载为大功率负载，控制器选择外环为直流电压环。

2.根据权利要求1所述的一种电力电子技术实现的取力车载电源，其特征在于：当负载变化时，控制器采用滞环控制实现外环在交流电压环和直流电压环之间切换，避免频繁切换引来抖动，滞环控制切换方法如下：

当负载功率P由小变大时，当P＝车载电源总功率的5％时，从交流电压环切换到直流电压环；

当负载功率P由大变小时，当P＝车载电源总功率的6％时，从直流电压环切换到交流电压环。

3.根据权利要求2所述的一种电力电子技术实现的取力车载电源，其特征在于：当负载变化时，控制器采用如下方式实现外环在交流电压环和直流电压环之间的平稳切换：

在切换之前将当前工作的电压环PI控制器的积分值经过交流-直流或直流-交流的量纲转换后，赋值给对方电压环PI控制器；这样切换后PID控制器不会进行大范围调节，保证切换的平稳性。

4.根据权利要求1所述的一种电力电子技术实现的取力车载电源，其特征在于：控制器向逆变电路发送三相SPWM和三次谐波，逆变电路在三相SPWM和三次谐波控制下，将平直的直流电逆变成稳定的交流电。

5.根据权利要求4所述的一种电力电子技术实现的取力车载电源，其特征在于：控制器对逆变器逆变形成的三相交流电，分别进行PI控制，然后输出给负载，所述PI控制的输出限幅为5％。

6.根据权利要求5所述的一种电力电子技术实现的取力车载电源，其特征在于：控制器对发送给逆变电路的三相SPWM和三次谐波进行死区补偿，补偿策略如下：

原信号*补偿系数＝补偿后的信号

补偿系数从过零点到顶点逐渐变大，从顶点到过零点逐渐变小，顶点处的补偿系数为1，过零点的补偿系数＝1+死区/开关周期。

7.根据权利要求1所述的一种电力电子技术实现的取力车载电源，其特征在于：励磁电源由桥式电路和直流支撑电容并联组成，输入为80V直流电源，桥式电路由4个MOS管和4个二极管构成。