電動(dòng)汽車用永磁無刷直流電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)
互聯(lián)網(wǎng) 電動(dòng)車商情網(wǎng) 俠名 電動(dòng)車維修 2005-7-12
| 一、引 言 在電動(dòng)汽車或者混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研究與開發(fā)中 ,有很多問題需要解決 ,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即是其中之一。目前 ,電動(dòng)汽車使用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有電刷式直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)和磁阻電機(jī)等 ,其中永磁同步方波電機(jī)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、出力大 ,如果能很好地解決其控制和驅(qū)動(dòng)問題 ,將使永磁式電機(jī)在電動(dòng)汽車中的使用具有廣闊的前景。 二、永磁同步方波電機(jī) 電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)的要求是 :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形尺寸小、重量輕、高速(High Speed)操作性能好、免維護(hù)或少維護(hù)、容易控制、輸出扭矩大。資料表明 ,現(xiàn)有的永磁式電機(jī)普遍具有正弦氣隙磁通密度和正弦定子電流。在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中 ,使用具有方波電勢(shì)的永磁式電機(jī)具有更大的優(yōu)越性。 理想情況下頂寬為 1 80°電角度 ,實(shí)際電機(jī)中接近于梯形波 ,頂寬不小于 1 2 0°電角度。方波電機(jī)與 1 2 0°導(dǎo)通型三相變換器結(jié)合 ,具有如下優(yōu)點(diǎn) : 1)電機(jī)及其控制驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。在電機(jī)中產(chǎn)生平頂波的磁場(chǎng)分布和感應(yīng)電勢(shì) ,比產(chǎn)生正弦波分布的磁場(chǎng)和正弦變化的感應(yīng)電勢(shì)簡(jiǎn)單 ;同樣 ,產(chǎn)生方波電壓、方波電流的變換器比產(chǎn)生正弦波電壓、正弦波電流的變換器簡(jiǎn)單的多。 (2)工作可靠。方波電機(jī)逆變器采用1 2 0°導(dǎo)通型 PWM控制技術(shù) ,逆變橋同一橋臂不可能出現(xiàn)直通現(xiàn)象 ,因此 ,尤其適用于高速(High Speed)電機(jī)。 (3)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小 ,三相對(duì)稱。波頂寬度不小于 1 2 0°電角度的平頂波電勢(shì)和電流 ,當(dāng)二者相位相同時(shí) ,轉(zhuǎn)矩?zé)o脈動(dòng) ,汽車的低速性能好。 (4)材料的利用率高 ,出力大。在相同的材料下 ,電機(jī)輸出功率較正弦波電機(jī)大10.2%,同一逆變器向電機(jī)供電時(shí) ,方波電機(jī)較正弦波電機(jī)的輸出容量可增加15%。 (5)控制方法簡(jiǎn)單。磁場(chǎng)定向控制轉(zhuǎn)化為磁極位置控制 ,電壓頻率協(xié)調(diào)控制簡(jiǎn)化為調(diào)壓控制。 (6)方波電機(jī)的電勢(shì)波頂平直 ,與蓄電池結(jié)合時(shí) ,整流和濾波簡(jiǎn)單。 三、功率變換器的設(shè)計(jì) 1 .控制規(guī)律 現(xiàn)有的永磁式電機(jī)控制較難 ,限制了它的應(yīng)用 ,采用方波電機(jī)以后 ,電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)較為容易。但是 ,考慮到電動(dòng)汽車經(jīng)常處于前進(jìn)(Forward)、制動(dòng)、上坡和下坡之中 ,電機(jī)也經(jīng)常工作于電動(dòng)和制動(dòng)兩個(gè)狀態(tài) ,這就要求其控制與驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)不同于普通調(diào)速系統(tǒng)。車輛前進(jìn)(Forward)時(shí) ,電機(jī)作電動(dòng)機(jī)使用 ,蓄電池提供電能 ;當(dāng)車輛下坡或者需要制動(dòng)時(shí) ,電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài) ,蓄電池充電。電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)器根據(jù)汽車能量管理系統(tǒng)的指令 ,決定蓄電池充電電流的大小 ,并保證該電流不超過蓄電池可接收值。 電機(jī)在電動(dòng)和發(fā)電兩個(gè)狀態(tài)及其切換均通過電機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)器來完成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 ,控制及驅(qū)動(dòng)器的性能也越來越高 ,在電動(dòng)汽車中最理想的變換器是 AC/DC雙向功率變換器。圖 2是由 AC/ DC雙向變換器、電機(jī)轉(zhuǎn)軸位置檢測(cè)器和永磁方波電機(jī)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖 ,其中橋式變換器提供雙向電流通路 ,電流的大小由電流閉環(huán)和 PWM控制電路決定 ,開關(guān)管的導(dǎo)通規(guī)律由位置檢測(cè)器和邏輯變換電路給出。 在電動(dòng)狀態(tài)下 ,任一時(shí)刻只有2只開關(guān)管導(dǎo)通 ,分別屬于上橋臂和下橋臂 ,而且只有下橋臂開關(guān)管工作于 PWM狀態(tài)。發(fā)電狀態(tài)下，6只管子輪流導(dǎo)通 ,每周期各工作60°電角度。 2.電路實(shí)現(xiàn) 本文選用 POWER MOSFET管組成主電路 ,控制電路主要由電流閉環(huán)控制和PWM信號(hào)的產(chǎn)生電路、邏輯綜合電路和開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路等 3部分組成 ,主要采用了UC3 62 5、EPROM2 71 6和 IR2 1 1 0等 3個(gè)芯片。 四、結(jié) 論 本文選用高集成度的芯片組成了高性能的控制電路 ,實(shí)現(xiàn)了雙向控制規(guī)律 ,完成了小容量永磁同步電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)情況證明永磁無刷方波直流電機(jī)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠滿足電動(dòng)汽車的要求。研究大容量的永磁式電機(jī)及無位置檢測(cè)技術(shù)等 ,將使該系統(tǒng)的應(yīng)用具有實(shí)際價(jià)值。 |
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