電力電子技術(shù)論文

1、電力電子技術(shù)論文姓名：電力電子技術(shù)在太陽(yáng)能電動(dòng)汽車中的應(yīng)用摘要：進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，電動(dòng)汽車得到了廣泛青睞，它具有綠色節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，并且對(duì)于城市環(huán)境改善具有深遠(yuǎn)意義，是一個(gè)值得長(zhǎng)期研究的汽車產(chǎn)品種類，現(xiàn)在將電力電子技術(shù)引入到電動(dòng)汽車當(dāng)中，這對(duì)于雙方面的應(yīng)用價(jià)值無(wú)疑是一種考量，具有很高的研究?jī)r(jià)值。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；電動(dòng)汽車；電力電子技術(shù)；電路設(shè)計(jì)電力電子技術(shù)主要作用于大功率電能的轉(zhuǎn)換與控制，該技術(shù)結(jié)合了電子、控制、電能轉(zhuǎn)換器件這三個(gè)部分，當(dāng)前電力電子裝置應(yīng)用非常普遍，例如在一些需要大功率電能來(lái)維持運(yùn)行的設(shè)備當(dāng)中，都可以輕易發(fā)現(xiàn)電力電子技術(shù)的身影。現(xiàn)階段對(duì)于電力電子技術(shù)的研究大體分為三個(gè)方向，首先是

2、變換器拓?fù)溟_關(guān)、電路仿真建模、電路控制等方面，此外在電子設(shè)計(jì)中，還能夠作用于半導(dǎo)體器件的模型建立、測(cè)試工作以及仿真加工等，電力電子技術(shù)還可以應(yīng)用于工控領(lǐng)域。自20世紀(jì)以來(lái)，汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展，汽車也已走進(jìn)千家萬(wàn)戶。然而，隨著汽車保有量的急劇攀升，汽車帶給地球的能源緊張和大氣污染都日益明顯地體現(xiàn)在人類的普通生活之中。如何緩解能源的供需矛盾、改善日益嚴(yán)峻的環(huán)境狀況，已經(jīng)成為各國(guó)科學(xué)家和有識(shí)之士不斷探索的課題。太陽(yáng)能是可再生、可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略能源。當(dāng)華爾街風(fēng)暴席卷全球時(shí)，各先進(jìn)技術(shù)國(guó)家無(wú)不在新能 太陽(yáng)能電動(dòng)車源領(lǐng)域下賭注、投資本，以期獲得經(jīng)濟(jì)復(fù)興。特別是以汽車產(chǎn)業(yè)為經(jīng)濟(jì)支柱的國(guó)家，尤其在新能源汽車動(dòng)

3、力上力圖有所創(chuàng)新和發(fā)展，如在電動(dòng)汽車、燃料電池汽車領(lǐng)域紛紛投入巨資，而在太陽(yáng)能汽車領(lǐng)域更是探索不止，力度加大。由于太陽(yáng)能是各種可再生能源中最重要的基本能源，通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用，屬于太陽(yáng)能光發(fā)電技術(shù)。光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此也稱太陽(yáng)能光伏技術(shù)，又稱太陽(yáng)能光伏電池。陽(yáng)光照射電池陣列時(shí)，產(chǎn)生光生電流。能量(電流)通過峰值功率跟蹤器被直接傳送到電機(jī)控制器中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使車輛行駛。剩余電量由蓄電池儲(chǔ)存起來(lái)，以便太陽(yáng)電池板電量不足或陰雨天氣時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這一過程由控制器控制。車輛的啟動(dòng)、加速、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)由駕駛員操縱。太陽(yáng)能電動(dòng)汽車的工作原理如

4、下：光照射在電池板上產(chǎn)生電流，通過峰值功率跟蹤儀以 及蓄電池的充電控制器輸送至蓄電池存儲(chǔ)或直接送給電動(dòng)機(jī)工作。當(dāng)太陽(yáng)能車在行駛過程 中，如果日照條件比較好或光照條件不佳的話，太陽(yáng)能車將使用蓄電池中存儲(chǔ)的電能和太陽(yáng) 能電池產(chǎn)生的電能共同驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作；太陽(yáng)能車停止時(shí)，電能全部用于蓄電池存儲(chǔ)。太陽(yáng)能電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將光轉(zhuǎn)換成電力的器件裝置。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵、硒銦銅等，它們的發(fā)電原理基本相同。以晶體為例：P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。當(dāng)光線照射太陽(yáng)能電池陣列板的表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量傳遞給了硅原子，使電子產(chǎn)生了躍

5、遷，成為自由電子，在P-N結(jié)兩側(cè)集驟形成了電位差，當(dāng)外部電路接通時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路，從而產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。太陽(yáng)能陣列電池板是由光敏半導(dǎo)體材料制成的，大多使用硅化合物。根據(jù)所用材料的不同，太陽(yáng)能電池板可分為：硅太陽(yáng)能電池；以無(wú)機(jī)鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、硒銦銅等多元化合物為材料的電池；功能高分子材料制備的太陽(yáng)能電池；和納米晶太陽(yáng)能電池等。不論以何種材料來(lái)制作電池，對(duì)太陽(yáng)能電池材料一般的要求有：半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬；要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；材料本身對(duì)環(huán)境不造成污染；材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定?；谝陨蠋讉€(gè)方

6、面考慮，硅是最理想的太陽(yáng)能電池材料，這也是太陽(yáng)能電池板以硅材料為主的主要原因。太陽(yáng)能電池組件是供電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽(yáng)能組件中的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。太陽(yáng)能控制器的作用是管理和控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用，與純電動(dòng)汽車的電動(dòng)源控制管理系統(tǒng)具有相同的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其它附加功能如光控、時(shí)控等應(yīng)當(dāng)都是控制器的可選項(xiàng)。蓄電池的作用是在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池組件所提供出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，到需要的

7、時(shí)候再釋放出來(lái)。太陽(yáng)能電池組件是由單個(gè)光伏電池拼接組成，或由折疊式支架拼接組成陣列。因?yàn)閱蝹€(gè)光伏電池（如硅電池）的電壓太低，所以都要把它們串、并聯(lián)構(gòu)成有實(shí)用價(jià)值的光伏電池板，陣列成一個(gè)應(yīng)用單元，然后根據(jù)供電要求，再由多個(gè)應(yīng)用單元的串、并聯(lián)組成整個(gè)太陽(yáng)能光伏電池板的供電組件。蓄電池組是太陽(yáng)能光伏電池的儲(chǔ)能裝置，在夜間或光照不足及負(fù)載消耗超出光伏電池的發(fā)電量時(shí)，由蓄電池組向負(fù)載供電。為了減輕整個(gè)系統(tǒng)的重量，應(yīng)采用高能蓄電池組。當(dāng)太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生電能，與控制裝置和儲(chǔ)能裝置連接后，再由另一端連接負(fù)載，負(fù)載就是電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)（驅(qū)動(dòng)裝置）。一般在電動(dòng)車運(yùn)行時(shí)，被轉(zhuǎn)換的太陽(yáng)光能通過控制裝置直運(yùn)送到負(fù)載，而

8、在停駛或太陽(yáng)光足時(shí)，剩余部分的電能向蓄電池充電并儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)太陽(yáng)光不足時(shí)，由太陽(yáng)能光伏電池和蓄電池同時(shí)向負(fù)載供電；當(dāng)汽車減速或剎車時(shí)，還應(yīng)設(shè)計(jì)“回授性制動(dòng)裝置”，將電能量通過控制器，將發(fā)動(dòng)機(jī)變成發(fā)電機(jī)，反向進(jìn)入蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)存。用互補(bǔ)式不間斷供電技術(shù)，改變嚴(yán)重依賴天氣的缺陷，完善電動(dòng)車的性能。其中IF640N的門極與驅(qū)動(dòng)電路的1號(hào)引腳相連，R9左端引腳和TL494的誤差放大器2的反相輸入端相連，R1和R2引腳之間的引腳和TL494的同相輸入端相連。假設(shè)一個(gè)周期內(nèi)電力MOS管的導(dǎo)通時(shí)間為，關(guān)短時(shí)間為，輸入端為理想電壓源，電壓為，假設(shè)電路開始工作時(shí)，MOS管進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。取為此階段電阻R支路的電流，

9、 為電容C支路的電流，流經(jīng)電感的電流為，電阻R的端電壓為，則有：聯(lián)立以上各式的為：解得：到電力MOS管開通時(shí)，電容C的端電壓為，電感電流為： 當(dāng)MOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電容對(duì)負(fù)載供電，電感與電源短接電流迅速增大：對(duì)于電容側(cè)有：解得： 對(duì)于電感側(cè)，取為電感回路的總電阻則有：則當(dāng)經(jīng)過時(shí)間后電容和電感的分別為，當(dāng)電力MOS管第二次處于關(guān)斷時(shí)其輸出電壓和電感電流為：根據(jù)以上推導(dǎo)可知根據(jù)，可得，的表達(dá)式，通過分析易知當(dāng)時(shí)boost斬波電路輸出電壓的波形已經(jīng)趨緊穩(wěn)定。通過對(duì)一個(gè)周期內(nèi)對(duì)輸出電壓的積分可得 由，故 假設(shè)電路經(jīng)過過渡期進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，電感足夠大使的電感電流波動(dòng)很小，輸入端電壓為，輸出端電壓為，則

10、在一個(gè)工作周期內(nèi)，電感存儲(chǔ)的能量等于釋放的能量。電力MOS管導(dǎo)通時(shí)，電感存儲(chǔ)的能量為：，電力MMOS關(guān)斷時(shí)電感釋放的能量為：，根據(jù)以上分析有：解得由可得本斬波電路的開關(guān)頻率由TL494的5,6號(hào)引腳連接的電感電容決定，頻率為：，通過調(diào)節(jié)的阻值可以調(diào)節(jié)電力MOS管的開關(guān)頻率。本電路通過反饋來(lái)調(diào)節(jié)占空比，電壓反饋從和的中點(diǎn)引出，電路開始工作時(shí)，占空比由于軟開關(guān)電路的影響漸漸變大，直到輸出電壓達(dá)到目標(biāo)為止。通過調(diào)節(jié)阻值的大小，可以調(diào)節(jié)boost電路的占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出電壓。IR2110的輸入電壓有整流電路通過和分壓后引入，到驅(qū)動(dòng)電路輸出不能滿足要求時(shí)，通過調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)輸入電壓。TL494的輸出信號(hào)經(jīng)

11、和分壓后接到IR2110的低端電壓輸入端，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路輸入信號(hào)不滿足要求時(shí)，調(diào)節(jié)電阻。電動(dòng)汽車整車總體設(shè)計(jì)主要有如下：確立整車設(shè)計(jì)目標(biāo)、整車參數(shù)、底盤三維參數(shù)布置 設(shè)計(jì)、車身設(shè)計(jì)和整車性能計(jì)算。其中底盤三維參數(shù)布置設(shè)計(jì)包括蓄電池布置設(shè)計(jì)、電機(jī)及控制系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)向系布置設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系布置設(shè)計(jì)、車身線路布置設(shè)計(jì)、制動(dòng)系布置設(shè)計(jì)。太陽(yáng)能電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能主要取決于動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配(包括動(dòng)力源、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控 制器、變速器等)以及控制策略和各部件的特性等。太陽(yáng)能電池工程應(yīng)用主要參數(shù)有許多，主要涉及到了開路電壓、短路電流、峰值功率、最大功率時(shí)的電壓和最大功率時(shí)的電流。人類社會(huì)進(jìn)入到嶄新的21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，社會(huì)進(jìn)步也進(jìn)入到一個(gè)前所未有的新階段。