電動汽車用永磁無刷直流電機的控制與驅動

www.sail-shipping.com 來源：互聯網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2005-7-12

一、引　言在電動汽車或者混合動力電動汽車的研究與開發中 ,有很多問題需要解決 ,驅動系統即是其中之一。目前 ,電動汽車使用的驅動系統有電刷式直流電機、感應電機、永磁電機和磁阻電機等 ,其中永磁同步方波電機構成的驅動系統效率高、體積小、重量輕、結構簡單、出力大 ,如果能很好地解決其控制和驅動問題 ,將使永磁式電機在電動汽車中的使用具有廣闊的前景。二、永磁同步方波電機電動汽車對驅動系統中電機的要求是 :結構簡單、外形尺寸小、重量輕、高速(High Speed)操作性能好、免維護或少維護、容易控制、輸出扭矩大。資料表明 ,現有的永磁式電機普遍具有正弦氣隙磁通密度和正弦定子電流。在電動汽車驅動系統中 ,使用具有方波電勢的永磁式電機具有更大的優越性。理想情況下頂寬為 1 80°電角度 ,實際電機中接近于梯形波 ,頂寬不小于 1 2 0°電角度。方波電機與 1 2 0°導通型三相變換器結合 ,具有如下優點 : 1)電機及其控制驅動電路結構簡單。在電機中產生平頂波的磁場分布和感應電勢 ,比產生正弦波分布的磁場和正弦變化的感應電勢簡單 ;同樣 ,產生方波電壓、方波電流的變換器比產生正弦波電壓、正弦波電流的變換器簡單的多。 (2)工作可靠。方波電機逆變器采用1 2 0°導通型 PWM控制技術 ,逆變橋同一橋臂不可能出現直通現象 ,因此 ,尤其適用于高速(High Speed)電機。 (3)轉矩脈動小 ,三相對稱。波頂寬度不小于 1 2 0°電角度的平頂波電勢和電流 ,當二者相位相同時 ,轉矩無脈動 ,汽車的低速性能好。 (4)材料的利用率高 ,出力大。在相同的材料下 ,電機輸出功率較正弦波電機大10.2%,同一逆變器向電機供電時 ,方波電機較正弦波電機的輸出容量可增加15%。 (5)控制方法簡單。磁場定向控制轉化為磁極位置控制 ,電壓頻率協調控制簡化為調壓控制。 (6)方波電機的電勢波頂平直 ,與蓄電池結合時 ,整流和濾波簡單。三、功率變換器的設計 1 .控制規律現有的永磁式電機控制較難 ,限制了它的應用 ,采用方波電機以后 ,電機的控制與驅動較為容易。但是 ,考慮到電動汽車經常處于前進(Forward)、制動、上坡和下坡之中 ,電機也經常工作于電動和制動兩個狀態 ,這就要求其控制與驅動器的設計不同于普通調速系統。車輛前進(Forward)時 ,電機作電動機使用 ,蓄電池提供電能 ;當車輛下坡或者需要制動時 ,電機工作于發電狀態 ,蓄電池充電。電機的控制與驅動器根據汽車能量管理系統的指令 ,決定蓄電池充電電流的大小 ,并保證該電流不超過蓄電池可接收值。電機在電動和發電兩個狀態及其切換均通過電機控制及驅動器來完成。隨著電力電子技術的發展 ,控制及驅動器的性能也越來越高 ,在電動汽車中最理想的變換器是 AC/DC雙向功率變換器。圖 2是由 AC/ DC雙向變換器、電機轉軸位置檢測器和永磁方波電機構成的驅動系統原理圖 ,其中橋式變換器提供雙向電流通路 ,電流的大小由電流閉環和 PWM控制電路決定 ,開關管的導通規律由位置檢測器和邏輯變換電路給出。在電動狀態下 ,任一時刻只有2只開關管導通 ,分別屬于上橋臂和下橋臂 ,而且只有下橋臂開關管工作于 PWM狀態。發電狀態下，6只管子輪流導通 ,每周期各工作60°電角度。 2.電路實現本文選用 POWER MOSFET管組成主電路 ,控制電路主要由電流閉環控制和PWM信號的產生電路、邏輯綜合電路和開關管驅動電路等 3部分組成 ,主要采用了UC3 62 5、EPROM2 71 6和 IR2 1 1 0等 3個芯片。四、結　論本文選用高集成度的芯片組成了高性能的控制電路 ,實現了雙向控制規律 ,完成了小容量永磁同步電機的控制與驅動。實驗情況證明永磁無刷方波直流電機構成的驅動系統能夠滿足電動汽車的要求。研究大容量的永磁式電機及無位置檢測技術等 ,將使該系統的應用具有實際價值。