電動汽車用永磁無刷直流電機的控制與驅動

m.zjytjd.com 來源：互聯(lián)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(fā)中 ,有很多問題需要解決 ,驅動系統(tǒng)即是其中之一。目前 ,電動汽車使用的驅動系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)中 ,使用具有方波電勢的永磁式電機具有更大的優(yōu)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(yōu)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(xiàn)直通現(xiàn)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(xié)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(guī)律現(xiàn)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(tài) ,這就要求其控制與驅動器的設計不同于普通調速系統(tǒng)。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(fā)電狀態(tài) ,蓄電池充電。電機的控制與驅動器根據(jù)汽車能量管理系統(tǒng)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(fā)電兩個狀態(tài)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(fā)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(tǒng)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(huán)和 PWM控制電路決定 ,開關管的導通規(guī)律由位置檢測器和邏輯變換電路給出。在電動狀態(tài)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(tài)。發(fā)電狀態(tài)下，6只管子輪流導通 ,每周期各工作60°電角度。 2.電路實現(xiàn) 本文選用 POWER MOSFET管組成主電路 ,控制電路主要由電流閉環(huán)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(xiàn)了雙向控制規(guī)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(tǒng)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(tǒng)的應用具有實際價值。