無刷直流電機在汽車電動空調(diào)中的應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-07-23 15:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 功率等級、可靠性等都得到了極大的提高和改善。無刷直流電機技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到的實際應(yīng)用，并表現(xiàn)出了良好的性能。與傳統(tǒng)直流電機相比，無刷直流電機不能直接加電工作，電機的運轉(zhuǎn)必須通過一個電力電子器件構(gòu)成的逆變橋來控制電機的電壓、電流和各相繞組的導通相序。因而，使用無刷技術(shù)的電動空調(diào)系統(tǒng)豐要由壓縮機、電機和電子控制單元(Ecu)三個部件組成。電機驅(qū)動壓縮機，而Ecu控制電機的運行，圖3給出了一種系統(tǒng)組成示意圖。在電動空調(diào)Ecu方面，主要有二種解決方案，一是全硬件的無刷直流電機的驅(qū)動電路，這種方案的系統(tǒng)響應(yīng)快，電路結(jié)構(gòu)簡單，但電路功能有限，可擴展性和通用性較差。目前在電動空調(diào)上的趨勢是采用基于DsP或微處理器的控制電路，實現(xiàn)對電機的控制和調(diào)速，系統(tǒng)的靈活、可適用性強，同時也使一些高性能的先進控制策略的實現(xiàn)成為可能。對于圖3所示的三相永磁電動機，常采用三相六狀態(tài)120o導通的控制模式。這種控制模式具有平均轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩脈動小，電流利用率高等特點。圖4給出了在這種控制模式下的三相導通順序圖以及相對應(yīng)的定子空間磁動勢矢量示意圖。圖4a所示為360o電角度下電機ABc三相及六個功率器件的導通順序。每一相導通時，不論是這一相對應(yīng)的上橋還是下橋，導通時間均為120o電角度。以A相為例，當VTl導通時，B相的下橋VT6導通，且正處于其120。導通時間的后60o，對應(yīng)的空間磁動勢矢量為Fs1，位置如圖4b所示。60。之后，VTl繼續(xù)導通，但VT6關(guān)斷，同時c相下橋的vT2導通，即B c換相，同時磁動勢矢量從Fs1跳變到Fs2。再經(jīng)過60o，vTl導通時間滿120o，vTl關(guān)斷，A相結(jié)束導通，同時B相上橋VT3導通，AB換相。此時磁動勢矢量從Fs2跳變到Fs3。以此類推，B相進行接下來的120o持續(xù)導通，然后是c相，最后又回到A相。經(jīng)過6個狀態(tài)循環(huán)之后，空間磁動勢矢量對應(yīng)旋轉(zhuǎn)360o電角度，又回到Fs1。在這個過程中，每一相導通時均持續(xù)120o，經(jīng)歷兩個狀態(tài)。在調(diào)速方面，由于大多數(shù)無刷直流電機采用釹鐵硼作為永磁材料，通常可以忽略電樞反應(yīng)的影響而假定磁通為常數(shù)，于是電機的電磁轉(zhuǎn)矩與相繞組導通期間的平均電流成正比關(guān)系。這樣，可以通過控制相電流對電機進行調(diào)速。一般采用PwM控制方法，可以很方便的通過改變占空比進行線性調(diào)速。與調(diào)速性能緊密相關(guān)的轉(zhuǎn)矩方面，對于無刷直流電機來說，轉(zhuǎn)矩脈動經(jīng)常會引起噪音和振動的問題，引起轉(zhuǎn)矩脈動的因素主要有：齒槽轉(zhuǎn)矩、磁通畸變、諧波、相電流換相等。而相應(yīng)的抑制方法也有很多的研究，如轉(zhuǎn)矩動態(tài)抑制、重疊換相、滯環(huán)比較等都得到了不同程度的驗證。由上述敘述可以看到，無刷直流電機在電動空調(diào)上的應(yīng)用是有一定優(yōu)勢的：由于采用了永磁電機的結(jié)構(gòu)，尤其是高磁能積稀土永磁，使電機效率高而體積小，這有利于在汽車等結(jié)構(gòu)緊湊，安裝空間相對狹小的設(shè)備上安裝；無刷直流電機可以很方便地實現(xiàn)線性調(diào)速，加速度大，空調(diào)反應(yīng)迅速，這有利于空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)需要調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，控制制冷量，節(jié)約能源；相對永磁同步電機，無刷直流電機又具有可靠性高，起動力矩大的特點，同時系統(tǒng)效率也得到了提高。但是，無刷直流電機技術(shù)的應(yīng)用還存在著相當困難。(1)
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