電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計說明(編輯修改稿)
2025-05-14 23:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 圖27 異步電動機的穩(wěn)態(tài)等效電路 現(xiàn)代電動汽車是融合了電力、電子、機械控制、材料科學(xué)以及化工技術(shù)等多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)品。整體的運行性能、經(jīng)濟性等首先取決于電池系統(tǒng)和電機驅(qū)動控制系統(tǒng)。電動汽車的運行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，不但要求電機驅(qū)動系統(tǒng)具有高轉(zhuǎn)矩重量發(fā)。比、寬調(diào)速范圍、高可靠性，而且由于電源功率的限制等，其轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性應(yīng)根據(jù)電動汽車起動、爬坡和行駛等不同階段分為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)或恒功率區(qū)。 永磁無刷電動機系統(tǒng)具有較上述電機系統(tǒng)更高的能量密度和更高的效率，在電動汽車中具有極好的應(yīng)用前景。 本章小結(jié)：通過對電動汽車幾種常用控制方法的對比，可以看出在當今社會中，交流感應(yīng)電動機驅(qū)動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、運行可靠、效率較高、制造容易、成本低廉的優(yōu)點，在電動汽車驅(qū)動中得到廣泛的應(yīng)用，針對現(xiàn)實的使用情況，本文選擇交流異步電動機驅(qū)動系統(tǒng)對電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)進行設(shè)計，同時并對該系統(tǒng)進行仿真，驗證其可行性。第3章 異步電機矢量控制原理 在電動汽車控制系統(tǒng)中，異步電機的矢量控制實現(xiàn)了交流電動機磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，使其系統(tǒng)的動態(tài)特性有了顯著的改善。本章首先闡述異步電動機在三相坐標系下的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)坐標變換理論，得到了其在兩相靜止坐標系下和兩相同步坐標系下的數(shù)學(xué)方程，并介紹了異步電機的矢量控制原理。 三相異步電動機的多變量非線性數(shù)學(xué)模型 由于異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，故在研究異步電動機的數(shù)學(xué)模型時，常常做出如下假設(shè)： 1） 忽略鐵耗對電機的影響； 2） 在頻率和溫度變化，忽略其對繞組電阻的影響； 3） 認為各繞組的互感和自感都是線性的，即忽略磁路飽和的影響； 4） 設(shè)三相繞組對稱，在空間中互差1200電角度，產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙按正弦分布，忽略空間諧波[3]。三相異步電動機轉(zhuǎn)子繞組分為繞線型和籠型型，其均可以等效為三相繞線轉(zhuǎn)子，折算到定子側(cè)后，其定子和轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)都相等。電機繞組等效后的三相異步電動機的物理模型如圖31所示。 圖31 三相異步電動機的物理模型 坐標變換 在異步電動機的分析中可以看出，其數(shù)學(xué)模型由于存在一個復(fù)雜的66電感矩陣而比較復(fù)雜。通過坐標變換的方法，使得變化后的數(shù)學(xué)模型得到簡化。1） 三相兩相變換（3/2變換） 在三相靜止繞組A、B、C和兩相繞組、之間的變換，稱為三相靜止坐標系和兩相靜止坐標系間的變換。 三相異步電動機的定子三相繞組和與之等效的兩相異步電動機定子繞組、 ，各相磁勢矢量的空間位置如圖32所示。 圖32 三相靜止到兩相靜止變換假設(shè)磁動勢按正弦分布，那么當三相磁動勢與兩相磁動勢相等時，兩套繞組瞬時磁動勢在α、β軸上的投影是相等的，則其反變換形式如下： （312）這樣經(jīng)過三相兩相的變換就可以將三相異步電動機變換為兩相正交的異步電機模型。2） 兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換） 從兩相靜止坐標系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系M, T的變換稱作兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換，簡稱2s/2r變換，其中r表示旋轉(zhuǎn)，s表示靜止。如圖33所示，旋轉(zhuǎn)坐標系的兩個直流分量和靜止坐標系的兩相交流分量產(chǎn)生相同大小的同步旋轉(zhuǎn)磁動勢。 圖33 兩相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)變換由圖可知，其變換矩陣為： （313） 三相異步電動機在兩相坐標系上的數(shù)學(xué)模型在前面的坐標變換中不難看出其可以將異步電動機的數(shù)學(xué)模型簡化很多，因此在對異步電動機分析常將其變換在兩相坐標中分析。1）異步電動機在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系的模型 2） 異步電機在兩相靜止坐標系的數(shù)學(xué)模型在坐標系中繞組都落在兩根相互垂直的軸上，兩組繞組間沒有耦合，矩陣中所有元素均為常系數(shù)，消除了異步電動機在三相靜止坐標系上的數(shù)學(xué)模型中的一個非線性的根源。上述方程是矢量控制中的重要方程。 異步電機的矢量控制20世紀70年代初,由美國學(xué)者和德國學(xué)者各自提出的矢量控制(vector control)理論，同時在實踐中經(jīng)過改進，形成了現(xiàn)在普遍采用的矢量控制方法。其不但解決了大型電動汽車對高速領(lǐng)域中大轉(zhuǎn)矩的和大范圍內(nèi)恒定輸出功率的運轉(zhuǎn)需求，還解決了以前的電動機體積大的問題。其中，交流電機的轉(zhuǎn)子總磁通就變成了等效的直流電機的磁通，M繞組相當于直流電機的勵磁繞組，相當于勵磁電流，T繞組相當于偽靜止繞組，相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。上述等效關(guān)系可如圖34所示。 圖34 異步電動機的坐標變換結(jié)構(gòu)圖根據(jù)等效控制理論，可以構(gòu)成直接控制的矢量控制系統(tǒng)，如圖35所示圖35 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用 在上面的動態(tài)模型分析中，假如兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時，則有： ， （320）將其帶入轉(zhuǎn)矩方程和狀態(tài)方程，可以得到： （321）
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