汽车逆变器实验

汽车逆变器的功能及工作原理(新能源逆变器工作原理详解)

       随着新能源汽车的发展，消费者 对新能源汽车的认可度越来越高。与传统燃油汽车的关键部件不同，新能源汽车的关键部件是 quot三电 quot系统，即电池、电子控制和电机。其中，电控作为连接电池和电机的桥梁，负责将电池的直流电转化为电机所需的交流电。电控的技术名称是逆变器，在电动车行业俗称电机控制器。承担控制电机驱动和电气制动的任务。

       众所周知，直流电是恒定的，而交流电是交变的。DC和AC之间的转换是如何完成的？

       DC波形和交流波形

       DC和交流电之间的转换需要控制两个特性，一个是电流的方向，一个是电流的大小。电动车逆变电路等效电路如下图所示。我们把动力电池等效为电池，把电机简化为负载。

       等效电路

       从下图可以看出，电流方向的改变可以通过闭合和打开开关的组合来实现。从而实现改变交流电方向的目的。

       电流方向

       电流方向

       交流电有频率。如果电机要求的交流电频率为50Hz，则意味着上述开关需要在1秒钟内完成50次周期性变化。然而，实际上没有这样的开关。实际上，我们用MOSET管代替开关。MOSET管的最高频率可以达到1000KHz，可以满足实际工艺中的频率要求。

       Moset管

       Moset管电路

       解决了电流方向和频率的问题后，直流电的大小如何与交流电等效？通过 quot在 quot和 quot关闭 quotMOSET管的，可以实现有无电流，从而输出方波。开关闭合时输出恒定值，开关断开时输出值为0。如下图所示，绿色波形为方波。

       直流方波

       上图中的红框显示的是一段方波。可以看出，周期的平均值随着高电平和低电平的比例而变化。青色波形是一个周期内方波的平均值。可以看出，一个周期内的常数时间越长，平均值越高。最后，上部方波的平均波形成为下部波形。

       通过开关的组合改变电流方向，整个周期中的波形如下

       可以看到，通过开关的组合和开关时间的变化，由方波组合出一个类似正弦波的波形。如果减少每个方波的周期时间，曲线会越来越平滑，平均方波会无限接近正弦波。这个处方波的平均波形的效果相当于正弦波的效果，完成了从DC到交流的逆变。

       最后，还有一个问题。在实际的逆变过程中，我们如何知道一个方波周期中高电平和低电平各占多少？在实际的波形调制过程中，需要一个叫做比较器的电子元件，利用比较器的输出信号来控制MOSET管的开关。等效电路图见下图。图中大三角是比较器，小三角是二极管。二极管的作用是防止同一支路的开关同时导通而造成短路。

       调制电路

       将三角波和正弦波两种波形输入比较器进行比较。见下图。

       比较波形

       当正弦波小于三角波时，比较器输出0，当正弦波大于三角波时，比较器输出1。这样，匹配正弦波特性的方波控制信号可以被输出和输入到MOSET管。输出为1时控制其导通，输出为0时控制其关断，这样就可以根据信号控制开关输出想要的等效逆变波形，最终控制电机旋转，从而完成整个逆变过程。

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逆变器制作步骤详解

       在讲解逆变器的制作步骤之前，我们先来了解下什么是逆变器。逆变器简单来说就是把直流电变成交流电。它广泛应用于空调、家庭影院、电动缝纫机、电脑、电视、洗衣机、冰箱、风扇、抽油烟机等很多地方。将逆变器连接蓄电池安装在汽车上，可以在外出的时候在汽车内使用各种电器。手机、电脑、数码相机、照明灯、电动剃须刀、车载冰箱等都可以使用。大体了解了逆变器，我们下面来介绍下它的制作步骤。

       以制作600W的正弦波逆变器为例开始介绍。

一、主要部件的制作和采购

       1.SPWM主芯片

       2.主变压器

       主变压器是制作逆变器成功与否的关健，本机主变用的磁芯为EE55，材质PC40，我在杭州电子市场买到了一种质量很好的骨架，立式的，脚位11加11，脚粗1.2MM。绕制数据：初级2T加2T，用10根0.93的线。初级导线总面积为6.8平方MM，次级为0.93线一根，绕60T。

二、绕前准备

       先准备骨架，把骨架上22个引脚，剪去4个，下面红圈处就是表示已经剪去的脚。上面二个独立的脚是高压绕组用的，远离下面的脚有利于绝缘，中间及下面的脚是低压绕组用的，左边是一个绕组2圈，右边是另一个绕组2圈。

       三、绕制步骤

       A),先绕二分之一的高压绕组(次级)，先在骨架上用高温胶带粘一层，这样做是为了防止导线打滑，用一根0.93线绕一层，约30圈(注意的是，高压绕组的线头要做好绝缘，我是套进一小段热缩套管，用打火机烤一下，就紧紧包在线头上了)，再用胶带固定住线头，不要让它散出来，并在高压绕组的外面用高温胶带包三层。

       B)，下面就可以绕低压绕组了(初级)，低压绕组分成二层绕，也就是每一层是2加2，用5根线并绕。

       C)，再继续绕高压绕组，绕完另外的30圈，要注意的是，这30圈要和里面的30圈绕向相同，这点很关健。如果一层绕不下，就把剩下几圈再绕一层。D)，绕完高压绕组后，在外面用高温胶带包三层，就把低压绕组原先留在上面的线头折下来(见图三)，准备焊在骨架的脚上。去漆可以用脱漆剂，用棉签沾一点脱漆剂，抹在线头上，过一会儿，漆就掉下来了，就可以焊了。

       D)，再后在整个绕组的外面包几层高温胶带，绕好的线包外观要饱满平整。

       E)，现在可以插磁芯了，插磁芯之前要对磁芯的对接面做清洁处理，我是用胶带粘几下，把磁芯对接面的粉末全清洁干净，插入磁芯，用胶带扎紧，有条件的话对磁芯对接处用胶水做固定。

四、AC输出滤波磁环

       磁环是采用直径40MM的铁硅铝磁环，用1.18的线，在上面穿绕90圈，线长约4.5米，如果用导磁率为125的磁环，电感量大约在1.5mH，用导磁度为90的磁环，电感量大约在1mH左右。我做过试验，用二个这样的磁环，每个电感量在0.7mH以上就可以正常工作了。绕制时分二层，第一层，45圈，因为磁环外圈和内圈的周长不同，所以第一层绕时，内圈的线要紧密排列，而外圈的线是每圈之间留有一个空隙的。绕第二层时，内圈是叠在第一层线上，外圈是嵌在第一层线的空隙中，这样绕出来的线圈才好看。当然，好象是否好看，也不影响使用。注意，绕这个磁环时，一定要戴手套，否则，导线会让你勒出血泡的。

       五、散热风扇

       本机前级功率管和H桥的功率管都用风扇散热，这是一种小型仪表风扇，比电脑上的CPU风扇还要小一点，实验证明，在600W输出的情况下，H桥的4个功率管散热不成问题，但前级的二个功率管好象散热不够一点，如果有可能，最好用大一点的风扇。

六、安装与调试

       本机的安装调试并不复杂，但安装前必须做到二点：

       1.所有元器件必须是好的，器件的耐压和工作电流一定要够，尽可能用新器件，有条件的话装前对元器件作一番测试。

       2.PCB质量一定要好，装前最好仔细地检查一下，有没有铜箔毛刺引起的短路等。

       以上内容就是逆变器的制作步骤，朋友们可以参考一下。不过在制作的过程中，可能会出现电流300W以下没问题，300W以上，就会烧掉H桥管子或者其他东西。这个时候的解决办法是加强高压直流和SPWM板电源的滤波就能够恢复正常了。了解了逆变器的制作过程，大家可以尝试自己做一个实验。一般功率小点的就可以了，一般功率小点容易成功，即可以做实验也有一定的实用性。

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