汽車電路驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分析(編輯修改稿)
2025-02-04 09:08 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 磁阻電機(jī)（ Switched Reluctance Machine,SRM）等幾種。 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略綜述 如前所述，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是否有高效率將直接影響混合動(dòng)力汽車的性能，決定其節(jié)油減排的能力，因此，對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制尤為重要。對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 控制實(shí)質(zhì)上就是對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制。電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車通常以永磁同步電機(jī)作為其電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這是 3 因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)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(shì)，使其在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值。永磁同步電機(jī)在分類上屬于同步電機(jī)，因此其數(shù)學(xué)模型及控制方法與交流同步電機(jī)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(jī)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(jì) 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(shí)踐階段，矢量控制與磁場(chǎng)定向等控制方法被引入到永磁同步電機(jī)控制應(yīng)用中，隨著研究的深入，電機(jī)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(jī)專用控制 DSP 芯片的出現(xiàn)，使數(shù)字式矢量控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用成為可能。隨著電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究，永磁同步電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究更加深入，已經(jīng)不僅僅局限于電機(jī)的控制策略，還涉及到數(shù)字實(shí)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(shí)，一些新的電機(jī)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(jī)控制的研究范圍，無傳感器控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、滑?？刂?、模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)的控制方法不斷的被引入到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的研究之中。 第二章 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其控制策略分析 混合動(dòng)力汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析 4 混合動(dòng)力汽車有兩套驅(qū)動(dòng)裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)以及電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)需要可以做發(fā)電運(yùn)行對(duì)蓄電池充電，也可以以蓄電池為能源做電動(dòng)運(yùn)行對(duì)外輸出轉(zhuǎn)矩或功率。因此，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是混合動(dòng)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。混合動(dòng)力汽車對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求為高效率、實(shí)時(shí)性、高可靠性。 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需求分析 項(xiàng)目中混合動(dòng)力汽車采用的是并聯(lián)式結(jié)構(gòu)。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是以車載蓄電池為能源的，因此，對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析首先應(yīng)重點(diǎn)考慮電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在整車中扮演的角色，即電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配及電機(jī)選型 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是由控制器、電機(jī)、蓄電池、逆變器以及一些外圍設(shè)備構(gòu)成。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇需要綜合考慮電機(jī)效率、噪聲、運(yùn)行平穩(wěn)度、大小和重量等因素。 節(jié)分析了各種驅(qū)動(dòng)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合各個(gè)因素，選擇永磁同步電機(jī)作為電 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在確定了電機(jī)種類之后，就需要具體的選擇電機(jī)的型號(hào)了。電機(jī)具體型號(hào)的選擇依賴于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容量以及控制要求。根據(jù)項(xiàng)目要求，蓄電池采用的是 12 個(gè)鎳 — 氫電池組，容量為 ，電壓為 12V，總電壓為 144V，電機(jī)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(jī)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(jī)，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(jī)采用稀土永磁材料，磁場(chǎng)強(qiáng)度大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小，調(diào)速范圍寬，功率因數(shù)接近 1，十分符合混合動(dòng)力汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)性能的要求。 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略分析 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制是對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。根據(jù)電機(jī)拖動(dòng)原理可知，電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)速的決定因素，只要控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩就可以決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)磁場(chǎng)定向矢量控制原理可知，在電機(jī)其它參數(shù)為常量的情況下，控制電機(jī)電流 便可控制電磁轉(zhuǎn)矩。因此，電驅(qū)動(dòng)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(chǎng)定向矢量控制框圖 根據(jù)反饋控制原理，對(duì)需要進(jìn)行控制的量引入反饋量。由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速為控制的目標(biāo)，因此，將給定轉(zhuǎn)速信號(hào)與通過傳感器檢測(cè)到的反饋轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，經(jīng)過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ PID 調(diào)解器）達(dá)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(dá)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(dòng)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(duì)稱而產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，相對(duì)其它電流控制策略來說，在輸出相同轉(zhuǎn)矩時(shí)定子電流最小，有效地降低了電機(jī)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(dòng)力汽車的啟動(dòng)加速及低速爬坡能力，十分符合電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的控制要求。 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選取額定轉(zhuǎn)速以下時(shí)最大轉(zhuǎn)矩 /電流控制、在額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)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(dòng)系統(tǒng)需要運(yùn)行于恒轉(zhuǎn)矩區(qū)以滿足車輛啟動(dòng)、加速等情況對(duì)大轉(zhuǎn)矩的需求，而當(dāng)車輛在高速運(yùn)行時(shí)，電驅(qū)動(dòng)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(chǎng)定向矢量控制框圖，實(shí)現(xiàn)了定子電流和轉(zhuǎn)矩的解耦。結(jié)合電驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)硬件電路分析
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