逆變器

科目：

介紹
逆變器
再生煞車

介紹：
全電動或混合動力車輛中的電動馬達採用交流電 (AC) 工作。電動馬達的能量並非直接來自電池，因為它只提供直流電壓（DC）。來自電池的直流電壓被饋送到 逆變器 轉換為交流電壓供電動機使用。

此外，我們發現 轉換器 將低直流電壓轉變為較高電壓（升壓轉換器）。電池電壓可以「升高」以供電動機使用（650 伏特），也可以降低以給車載電池充電（14 伏特）。此轉換器也用於從高壓切換到低電壓，例如為內部配件提供 12 或 24 伏特的電壓（乘用車或重型商用車）。按一下此處查看有關轉換器的頁面。

下圖是特斯拉 Model S：逆變器的內部以及所謂的「驅動單元」的概述，其中逆變器、變速箱和電動馬達位於後懸吊的連接單元中。

變頻器：
「升壓轉換器」部分的影像顯示了升壓轉換器、具有 1 個 IGBT 和兩個電動馬達（MG2 和 MGXNUMX）的逆變器的概述。

底部七張圖顯示了電晶體的控制以及進出定子線圈的電流方向。為了方便起見，省略了升壓轉換器和 IGBT + MG2。我們在圖中的左側看到它高壓電池組;這是高壓電池，其中儲存的電壓約為 200 至 800 伏特。在電池的右側，我們看到一個電容器。當高壓系統啟動時，高壓保護系統首先透過電阻器調節來自高壓電池組的有限電流。這樣做是為了在高壓系統完全運作之前對電容器緩慢充電。

此外，我們還看到六個高功率電晶體。這些是控制電動馬達的 IGBT。 IGBT由控制單元控制；這被表示為“IGBT 驅動器”。在右側，我們看到帶有三個線圈（U、V 和 W）的定子，顏色為藍色和紅色。定子的中心是透過磁力運動的轉子，請參閱有關電動機的段落。

當控制單元打開電晶體時，頂部電晶體（T1、T3 和 T5）將正極連接從 HV 電池切換到定子線圈。底部電晶體（T2、T4 和 T6）將質量傳導至高壓電池的負極。

目前受控制的 IGBT 的閘極連接以綠色顯示。對於同步電機，控制單元「讀取」馬達的位置轉子位置感測器以確定應控制哪個 IGBT。轉子位置感測器也稱為解析器說。

1. 受控 IGBT：

T1：加（100%受控）；
T2：品質（50%驅動）；
T6：品質（50% 驅動）。

2. 受控 IGBT：

T1：加（50%受控）；
T3：加（50%受控）；
T2：品質（100% 驅動）。

轉子因磁場變化而轉動。

3. 受控 IGBT：

T3：加（100%受控）；
T2：品質（50%驅動）；
T4：品質（50% 驅動）。

轉子因磁場變化而轉動。

4. 受控 IGBT：

T3：加（50%受控）；
T5：加（50%受控）；
T4：品質（100% 驅動）。

轉子因磁場變化而轉動。

5. 受控 IGBT：

T5：加（100%受控）；
T4：品質（50%驅動）；
T6：品質（50% 驅動）。

轉子因磁場變化而轉動。

6. 受控 IGBT:

T1：加（50%受控）；
T5：加（50%受控）；
T6：品質（100% 驅動）。

轉子因磁場變化而轉動。

7. 受控 IGBT:

T1：加（100%受控）；
T2：品質（50%驅動）；
T6：品質（50% 驅動）。

轉子現在已從情況 360 的情況旋轉了 1 度（一整圈）。電晶體電路的循環再次重複。

逆變器將高壓電池的直流電壓轉換為單相正弦交流電壓。下面三張圖顯示：

左：載入線圈；
中：線圈放電；
右：線圈充電和放電曲線。

我們透過方波電壓驅動電晶體的基極來實現線圈的充電和放電。當線圈放電時，磁場下降，感應電壓產生短暫的感應電流。滅弧二極體確保線圈放電。

透過改變電晶體導通的佔空比來獲得一相正弦形狀。以下文字是關於下面的圖像。

左：在此頻率下，線圈無法充分充電並產生平均電壓；
右：佔空比由 IGBT 控制器調整。充電和放電時間決定了通過線圈的電流量。

逆變器中的 IGBT 不斷地接通和關斷。接通和斷開之間的比率根據 PWM 控制進行。脈衝越寬（佔空比越高），流過線圈的電流就越大，因此電動馬達的功率就越大。平均電流以黑色正弦波表示。下圖顯示了三個正弦控制訊號：

藍色：高控制。佔空比高。電流變為最大。
綠色：平均控制。佔空比百分比低於高控制時的佔空比百分比。因此電流較低。
紅色：低控制。佔空比再次下降。與最大控制相比，電流強度已減半。

正弦波一半週期為正，另一半週期為負。 DC-AC逆變器中的IGBT以將直流電壓（DC）轉換為交流電壓（AC）的方式連接。透過定子線圈的電流方向週期性地反轉。

正弦波訊號的頻率決定了電動機的速度：
增加每單位時間正弦波的數量會增加轉子速度。

下面的動畫展示了逆變器的控制。在逆變器下方，您可以看到三相的時間進程。動畫中轉子旋轉兩整圈（360 度）。每次旋轉分為六個時間單位（1 至 6）。下面您將看到彩色條：

深藍色：T1
綠色：T2
淺藍色：T3
橘色：T4
粉紅色：T5
紅色：T6

我們將重點放在時間流逝的前半週：

從 0 到 180 度，轉子轉動半圈。在此期間對IGBT T1進行控制。
在0到60度之間，除了T1之外，T5和T6也活躍。
T1 切換正極，T5 和 T6 接地。每個電晶體都有自己的佔空比，在 50% 到 100% 之間變化。
在 60 度時，T2 取代 T5：線圈中的電流方向相反。
此時有交流電壓：因為電流方向改變了，所以電流強度為負。

為了使用逆變器控制交流同步電動機中的正確線圈，逆變器會查看來自解析器。旋轉變壓器在靜止和旋轉時記錄轉子的位置。

再生煞車：
當煞車引擎時，電動馬達用作發電機（發電機）。車輛的動能轉換為電能：電池充電。

再生煞車期間 IGBT 被關閉：駕駛員無法控制它們。 IGBT 的源極和汲極之間的整流二極體充當整流器，將馬達的交流電壓轉換為電池的直流電壓。

全電動和混合動力汽車除了可選擇電力煞車外，還具有傳統的液壓煞車系統，透過煞車片和煞車碟盤進行煞車。不同的技術和控制原理可以在頁面上找到：電動汽車的煞車。

另見：