汽車電路驅(qū)動系統(tǒng)分析(編輯修改稿)
2025-02-04 09:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 磁阻電機（ Switched Reluctance Machine,SRM）等幾種。 電驅(qū)動系統(tǒng)控制策略綜述 如前所述，電驅(qū)動系統(tǒng)是否有高效率將直接影響混合動力汽車的性能，決定其節(jié)油減排的能力，因此，對電驅(qū)動系統(tǒng)的控制尤為重要。對電驅(qū)動系統(tǒng)的 控制實質(zhì)上就是對驅(qū)動電機進行控制。電動汽車和混合動力汽車通常以永磁同步電機作為其電驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動電機，這是 3 因為永磁同步電機在功率密度、轉(zhuǎn)矩特性、噪聲、控制精度等方面所具有的優(yōu)勢，使其在電動汽車驅(qū)動方面具有很高的應(yīng)用價值。永磁同步電機在分類上屬于同步電機，因此其數(shù)學(xué)模型及控制方法與交流同步電機相同，即變壓變頻（ VVVF）控制。但是變壓變頻控制在高性能要求的電機控制系統(tǒng)中無法滿足控制的要求，一些高性能的控制方法與控制策略先后被提出。在 20 世紀 70 年代，矢量控制技術(shù)被引入到交流伺服控制系統(tǒng)中。經(jīng)過 80 年 代探索性的實踐階段，矢量控制與磁場定向等控制方法被引入到永磁同步電機控制應(yīng)用中，隨著研究的深入，電機控制系統(tǒng)的性能有了顯著的提高。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)以及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是高性能、高集成度的電機專用控制 DSP 芯片的出現(xiàn)，使數(shù)字式矢量控制的電機驅(qū)動系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用成為可能。隨著電動汽車驅(qū)動技術(shù)的研究，永磁同步電機為驅(qū)動電機的電驅(qū)動系統(tǒng)的研究更加深入，已經(jīng)不僅僅局限于電機的控制策略，還涉及到數(shù)字實現(xiàn)方法、控制策略算法、 PWM 波形的產(chǎn)生方法等方面。與此同時，一些新的電機控制方法以及現(xiàn)代控制理論被逐 漸的納入永磁同步電機控制的研究范圍，無傳感器控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、滑?？刂啤⒛：刂埔约吧窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等先進的控制方法不斷的被引入到電機驅(qū)動的研究之中。 第二章 電驅(qū)動系統(tǒng)及其控制策略分析 混合動力汽車電驅(qū)動系統(tǒng)的分析 4 混合動力汽車有兩套驅(qū)動裝置，發(fā)動機以及電驅(qū)動系統(tǒng)，其中電驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)需要可以做發(fā)電運行對蓄電池充電，也可以以蓄電池為能源做電動運行對外輸出轉(zhuǎn)矩或功率。因此，電驅(qū)動系統(tǒng)是混合動力汽車的重要組成部分，它的效率和性能將直接影響到整車的性能?；旌蟿恿ζ噷﹄婒?qū)動系統(tǒng)的要求為高效率、實時性、高可靠性。 電驅(qū)動系統(tǒng)的需求分析 項目中混合動力汽車采用的是并聯(lián)式結(jié)構(gòu)。電驅(qū)動系統(tǒng)是以車載蓄電池為能源的，因此，對電驅(qū)動系統(tǒng)的分析首先應(yīng)重點考慮電驅(qū)動系統(tǒng)在整車中扮演的角色，即電驅(qū)動系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 電驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)匹配及電機選型 電驅(qū)動系統(tǒng)主要是由控制器、電機、蓄電池、逆變器以及一些外圍設(shè)備構(gòu)成。電驅(qū)動系統(tǒng)的性能很大程度上取決于驅(qū)動電機的選擇。電驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動電機的選擇需要綜合考慮電機效率、噪聲、運行平穩(wěn)度、大小和重量等因素。 節(jié)分析了各種驅(qū)動電機的優(yōu)缺點，綜合各個因素，選擇永磁同步電機作為電 驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動電機。在確定了電機種類之后，就需要具體的選擇電機的型號了。電機具體型號的選擇依賴于電驅(qū)動系統(tǒng)容量以及控制要求。根據(jù)項目要求，蓄電池采用的是 12 個鎳 — 氫電池組，容量為 ，電壓為 12V，總電壓為 144V，電機的額定功率要求為 15KW，額定轉(zhuǎn)速為 1500rpm 左右，并且能夠輸出較大的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)這些要求，永磁同步電機選用浙江中源電氣有限公司的 TYBZ1500160L4 型三相 4 極永磁同步電機，其額定功率為 15KW，額定電流為 31A，額定電壓為 380V，頻率為 50HZ， 5 定轉(zhuǎn)速為 1500rpm，額定轉(zhuǎn)矩為 Nm。該電機采用稀土永磁材料，磁場強度大，啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小，調(diào)速范圍寬，功率因數(shù)接近 1，十分符合混合動力汽車對電動機性能的要求。 電驅(qū)動系統(tǒng)控制策略分析 電驅(qū)動系統(tǒng)的控制是對驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進行控制。根據(jù)電機拖動原理可知，電機輸出的電磁轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)速的決定因素，只要控制電機的電磁轉(zhuǎn)矩就可以決定電機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)磁場定向矢量控制原理可知，在電機其它參數(shù)為常量的情況下，控制電機電流 便可控制電磁轉(zhuǎn)矩。因此，電驅(qū)動控制系統(tǒng)的控制策略歸根結(jié)底就是電流 的控制策略。 轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制框圖 根據(jù)反饋控制原理，對需要進行控制的量引入反饋量。由于電機的轉(zhuǎn)速為控制的目標，因此，將給定轉(zhuǎn)速信號與通過傳感器檢測到的反饋轉(zhuǎn)速進行比較，經(jīng)過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ PID 調(diào)解器）達到轉(zhuǎn)速跟隨給定以及決定電流的目的。采用適當(dāng)?shù)碾娏骺刂撇呗钥刂齐娏鹘?jīng)過電流反饋以及電流調(diào)節(jié)器達到跟隨給定電流變化以及控制轉(zhuǎn)矩的目的。這就是雙閉環(huán)矢量控制的基本原理。 6 電流控制策略的分析 電驅(qū)動系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速以下輸出大轉(zhuǎn)矩低轉(zhuǎn)速，而在額定轉(zhuǎn)速以上輸出恒定的功率。最大轉(zhuǎn)矩 /電流控制充分利用了由于電樞反應(yīng)不對稱而產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，相對其它電流控制策略來說，在輸出相同轉(zhuǎn)矩時定子電流最小，有效地降低了電機定子銅耗帶來的損耗以及有利于逆變器開關(guān)器件的工作，提高系統(tǒng)的效率。在逆變器容量不變的情況下最大限度的提高了混合動力汽車的啟動加速及低速爬坡能力，十分符合電驅(qū)動系統(tǒng)在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的控制要求。 電驅(qū)動系統(tǒng)選取額定轉(zhuǎn)速以下時最大轉(zhuǎn)矩 /電流控制、在額定轉(zhuǎn)速以上時弱磁控制 相結(jié)合的混合電流控制策略。既充分發(fā)揮了逆變器的能力獲得高效率的轉(zhuǎn)矩控制，又滿足了系統(tǒng)寬調(diào)速范圍的要求。 小結(jié) 電驅(qū)動系統(tǒng)需要運行于恒轉(zhuǎn)矩區(qū)以滿足車輛啟動、加速等情況對大轉(zhuǎn)矩的需求，而當(dāng)車輛在高速運行時，電驅(qū)動系統(tǒng)需要輸出恒功率。 基于數(shù)學(xué)模型建立轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制框圖，實現(xiàn)了定子電流和轉(zhuǎn)矩的解耦。結(jié)合電驅(qū)動系統(tǒng)的需求，確定了最大轉(zhuǎn)矩 /電流控制和弱磁控制相結(jié)合的控制策略。 第三章 電驅(qū)動系統(tǒng)硬件電路分析
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