電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明(編輯修改稿)
2025-05-14 23:36 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖27 異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路 現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)是融合了電力、電子、機(jī)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(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性等首先取決于電池系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，不但要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車(chē)起動(dòng)、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(wú)刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有較上述電機(jī)系統(tǒng)更高的能量密度和更高的效率，在電動(dòng)汽車(chē)中具有極好的應(yīng)用前景。 本章小結(jié)：通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)幾種常用控制方法的對(duì)比，可以看出在當(dāng)今社會(huì)中，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、運(yùn)行可靠、效率較高、制造容易、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)中得到廣泛的應(yīng)用，針對(duì)現(xiàn)實(shí)的使用情況，本文選擇交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證其可行性。第3章 異步電機(jī)矢量控制原理 在電動(dòng)汽車(chē)控制系統(tǒng)中，異步電機(jī)的矢量控制實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，使其系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有了顯著的改善。本章首先闡述異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)坐標(biāo)變換理論，得到了其在兩相靜止坐標(biāo)系下和兩相同步坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)方程，并介紹了異步電機(jī)的矢量控制原理。 三相異步電動(dòng)機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型 由于異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，故在研究異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，常常做出如下假設(shè)： 1） 忽略鐵耗對(duì)電機(jī)的影響； 2） 在頻率和溫度變化，忽略其對(duì)繞組電阻的影響； 3） 認(rèn)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(duì)稱(chēng)，在空間中互差1200電角度，產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙按正弦分布，忽略空間諧波[3]。三相異步電動(dòng)機(jī)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(jī)繞組等效后的三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型如圖31所示。 圖31 三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型 坐標(biāo)變換 在異步電動(dòng)機(jī)的分析中可以看出，其數(shù)學(xué)模型由于存在一個(gè)復(fù)雜的66電感矩陣而比較復(fù)雜。通過(guò)坐標(biāo)變換的方法，使得變化后的數(shù)學(xué)模型得到簡(jiǎn)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(chēng)為三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的變換。 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子三相繞組和與之等效的兩相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組、 ，各相磁勢(shì)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(dòng)勢(shì)按正弦分布，那么當(dāng)三相磁動(dòng)勢(shì)與兩相磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)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(guò)三相兩相的變換就可以將三相異步電動(dòng)機(jī)變換為兩相正交的異步電機(jī)模型。2） 兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換） 從兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系M, T的變換稱(chēng)作兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換，簡(jiǎn)稱(chēng)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(biāo)系的兩個(gè)直流分量和靜止坐標(biāo)系的兩相交流分量產(chǎn)生相同大小的同步旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。 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(dòng)機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型在前面的坐標(biāo)變換中不難看出其可以將異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化很多，因此在對(duì)異步電動(dòng)機(jī)分析常將其變換在兩相坐標(biāo)中分析。1）異步電動(dòng)機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的模型 2） 異步電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型在坐標(biāo)系中繞組都落在兩根相互垂直的軸上，兩組繞組間沒(méi)有耦合，矩陣中所有元素均為常系數(shù)，消除了異步電動(dòng)機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型中的一個(gè)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(jī)的矢量控制20世紀(jì)70年代初,由美國(guó)學(xué)者和德國(guó)學(xué)者各自提出的矢量控制(vector control)理論，同時(shí)在實(shí)踐中經(jīng)過(guò)改進(jìn)，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(dòng)汽車(chē)對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)需求，還解決了以前的電動(dòng)機(jī)體積大的問(wèn)題。其中，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子總磁通就變成了等效的直流電機(jī)的磁通，M繞組相當(dāng)于直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組，相當(dāng)于勵(lì)磁電流，T繞組相當(dāng)于偽靜止繞組，相當(dāng)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(dòng)機(jī)的坐標(biāo)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(dòng)態(tài)模型分析中，假如兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時(shí)，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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