电机控制常见面试问题(十八)

文章目录

一.电机控制高级拓扑结构

1.LLC


LLC是什么?------ 一个会"变魔术"的电源盒子

想象你有一个魔法盒子,能把电池的电压变大或变小,而且它工作时几乎不发热(效率高),体积还特别小(适合装在汽车、手机里)。这个盒子的名字就叫LLC转换器,它的核心秘密是**"共振"和"软开关"**。

​LLC的组成------ 用积木搭出来的魔法装置

​两个开关(MOSFET)​:

想象成两只手,轮流捏住一个水管(电流)的开关,一开一关控制水流。

特别设计:关的时候水流会自己慢慢停下(软关断),开的时候水流会自己慢慢加快(软开通),不会产生水花(损耗)。

​共振罐(电感+电容)​:

用一个弹簧(电感Lr)和一个气球(电容Cr)绑在一起,形成一个会"抖动"的系统。

当开关频率和弹簧气球的抖动频率匹配时,它们会一起共振(就像唱歌时杯子跟着震动一样)。

​负载(比如手机/电机)​:

相当于最终要喝水的人,水流经过魔法盒子后,电压会被调整到适合你的杯子(负载)的高度。

​LLC怎么工作的?------ 分两种"魔法模式"

​模式1:升压模式(电压变高)​

​当开关速度比共振慢时​(比如手捏开关的频率比弹簧气球抖得慢):

相当于你在弹簧气球还没完全弹起时按下了开关,气球会把能量"储存"起来,把电压抬高(比如把12V电池变成48V给手机快充)。

​模式2:降压模式(电压变低)​

​当开关速度比共振快时:

相当于你快速按开关,弹簧气球来不及储能,能量直接传递到负载,电压被压低(比如把汽车高压电变成低压给灯泡用)。

​LLC为什么厉害?------ 三大超能力

​几乎不浪费能量(高效率)​:

因为开关时没有水花(损耗),所以90%以上的电能都能转化成有用功(比如电动车充电时少发热,续航更久)。

​体积小(高功率密度)​:

频率越高(比如1MHz),电流波动越快,用的电感和电容就像缩小版的弹簧和气球,能塞进更小的空间(比如手机里)。

​适应性强(宽电压范围)​:

能够轻松应对电压忽高忽低的情况(比如太阳能板白天发电多,晚上没电时自动调节)。

​LLC的应用------ 你身边的隐形英雄

​手机/笔记本快充:

用LLC把普通5V充电器变成12V快充,30分钟充满手机。

​电动汽车:

把电池的400V电升到800V,给电机提供更强劲的动力。

​太阳能板:

把不稳定的阳光电压稳定成家用220V,即使阴天也能正常发电。

​空调/冰箱:

让压缩机更省电,夏天制冷更快还不费电。

​设计LLC的关键------ 调整魔法参数

​共振频率:

先算出弹簧和气球的自然频率

然后让开关频率接近这个频率(比如设定在0.8~1.2倍),就像跳舞时找节奏一样。

​选开关(MOSFET)​:

要选能承受高压的开关(比如电池电压的2倍),而且导通电阻越小越好(像水管越粗水流越大)。

​磁芯材料:

用铁氧体(便宜)或纳米晶(高效)做弹簧(电感),避免被电流撑坏(磁饱和)。

​散热设计:

如果电流很大(比如电动车),记得给开关和磁芯装散热片,就像给发动机装水箱一样。

二.谈谈电压器饱和后果

三.电压器绕组连接方式的影响



四.有源逆变的条件

一、什么是逆变?

先回忆一下:​整流是把交流电变成直流电(比如充电器);而逆变则是反过来------把直流电变成交流电(比如电动车驱动电机、UPS电源)。

但这里的"逆变"有个关键点:​必须依靠外部电源的支撑,而不是单纯靠储能设备(比如电容),所以叫"有源逆变"。

​二、实现逆变的两个核心条件

​条件1:直流电动势的极性要"对得上"​

​比喻:想象你要往水桶里倒水,但水桶底部有个水泵在往外抽水。如果水泵的抽水方向和水桶的进水方向相反,水就很难被抽出去。

​技术解释:

直流电动势(比如电池的电压)的极性必须和晶闸管导通时的电流方向一致。

同时,这个直流电动势的电压值要超过变流电路直流侧的平均电压​(比如电池电压要高于电路中的电阻压降)。

​作用:相当于给逆变过程提供一个"反向推力",让电流能持续从直流电源流向交流电网。

​条件2:控制角α要"调过头"(大于90°)​

​回顾触发角:之前讲过,触发角α决定了晶闸管在交流电压的哪个时刻导通(0°~180°之间)。

​逆变的关键操作:

正常整流时,α通常在0°~90°,让晶闸管在上半周导通,输出正向直流电压。

逆变时,需要把α调到90°~180°,让晶闸管在交流电压的下半周才导通。

​结果:直流侧的电压U_d会变成负值(比如原本是+5V,现在变成-5V)。

​比喻:就像把"水流方向"突然反转,但必须依赖外部水源(直流电动势)的压力才能实现。

​三、为什么半控桥或带续流二极管的电路不能逆变?

​半控桥:只用部分晶闸管控制电流方向,无法主动让电流反向(比如只能控制导通,不能关断)。

​续流二极管:它的作用是防止电流突变损坏设备,但它会"强制"电流始终朝一个方向流动(比如总让电流从正极到负极)。

​后果:这两种电路的直流侧电压U_d只能是正值或零,无法出现负值,因此无法满足条件2(U_d为负)​,也就不能实现逆变。

​四、全控电路的优势

​全控电路​(比如用IGBT或可关断晶闸管GTO):

晶闸管不仅可以被触发导通,还能被主动关断。

通过调整α角,既能控制导通时间,也能控制关断时间,从而灵活改变U_d的正负。

​应用场景:变频器、太阳能逆变器、高铁牵引系统等需要双向电能转换的地方。

​五、举个栗子:电动车电机的反向转动

​需求:电动车需要倒车,相当于让电机反转。

​实现过程:

​条件1:电池的电压方向必须和电机绕组的电流方向匹配(极性对得上)。

​条件2:通过逆变器将α调到90°以上,让输出的交流电频率和方向改变,驱动电机反转。

​半控桥的局限:如果用半控桥,电机只能单向转动,因为无法生成反向电压。

​六、总结
有源逆变就像"逆向开车":
​油门(直流电动势)​:必须踩够油门(电压足够高),才能克服惯性(电路阻力)。
​换挡(控制角α)​:必须挂到倒挡(α>90°),才能让车反向行驶。
​变速箱(全控电路)​:普通变速箱只能前进,而全控电路既能前进又能倒车,还能精准控制速度和方向

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