電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制原理

動(dòng)力總成探討報(bào)告其次部分：電控原理及電機(jī)特性擬制：朱堂群主要內(nèi)容一、電控原理二、電機(jī)特性比較三、限制器限制方式電控原理圖電機(jī)齒輪箱主減速器動(dòng)力電池控制器充電器～電控原理之示意圖電控原理電動(dòng)汽車對(duì)電機(jī)限制系統(tǒng)的要求1、優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩限制性能；2、寬廣的調(diào)速范圍；3、寬范圍的高效率運(yùn)行區(qū)域；4、高功率密度；5.優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)保性；6.高牢靠性；7.有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。電動(dòng)汽車電機(jī)限制系統(tǒng)的主要類型直流電機(jī)限制系統(tǒng)（內(nèi)容略）；無(wú)刷直流電機(jī)限制系統(tǒng)；異步電機(jī)限制系統(tǒng)；開關(guān)磁阻電機(jī)限制系統(tǒng)（內(nèi)容略）。電控原理電機(jī)特性比較溝通電機(jī)的主要類型交流電機(jī)1.同步電機(jī)2.異步電機(jī)（感應(yīng)電機(jī)）轉(zhuǎn)子永磁轉(zhuǎn)子勵(lì)磁永磁同步電機(jī)

(自控式）無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子籠型0恒轉(zhuǎn)矩區(qū)恒功率區(qū)降功區(qū)要求異步電機(jī)的輸出特性：1、低速大扭矩；2、高速大功率。電機(jī)特性比較

電機(jī)性能直流電機(jī)永磁同步電機(jī)異步電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)最大效率（％）85～8995～9794～95

<90

效率（10％負(fù)載）80～8790～9279～8578～86最高轉(zhuǎn)速（rpm)4000~60004000~100009000~1500015000電機(jī)費(fèi)用/kW($)1010~158~126~10控制器成本12.53.54.5堅(jiān)固性良良優(yōu)良信賴性普通良優(yōu)良電機(jī)的特性比較

（摘自日本電氣學(xué)會(huì)技術(shù)報(bào)告）永磁同步電機(jī)

異步電機(jī)適性容量數(shù)十W～數(shù)十kW數(shù)百W以上尺寸、重量小☆中～小◎結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單◎非常簡(jiǎn)單☆環(huán)境適應(yīng)性相當(dāng)好◎非常好☆維護(hù)有點(diǎn)必要△不要☆生產(chǎn)性好△非常好◎位置傳感器要△不要◎速度傳感器不要◎要△永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的特性比較三相溝通電機(jī)功率變換器主電路構(gòu)成功率變換器主電路溝通電機(jī)電樞繞組無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子位置傳感器

三相功率變換器控制電路無(wú)刷直流電機(jī)控制器1.系統(tǒng)構(gòu)成2.無(wú)刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)差別ωt2π0B0(e0)永磁同步電機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)一對(duì)極下不同的氣隙磁密分布圖三相無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)載電勢(shì)eAeBeC0t1354266無(wú)刷直流電機(jī)工作原理iAABiBCiCSNFABFACFBCFBAFCAFCBXYZF0有6個(gè)定子空間磁勢(shì)。依據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置和要求轉(zhuǎn)始終確定產(chǎn)生哪一個(gè)磁勢(shì)。產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩最大。定子磁勢(shì)拉轉(zhuǎn)子磁勢(shì)旋轉(zhuǎn)，為了使平均轉(zhuǎn)矩最大。兩者的平均空間電角度為900。SNF0nFABFAC60o60o無(wú)刷直流電機(jī)限制框圖-A+÷2∑iaibiciaibicIREFPIPWM邏輯變換PS+A+B+C-B-CIFPositionSensor三相反饋電流輸出6路驅(qū)動(dòng)信號(hào)電動(dòng)狀態(tài)：＋A管導(dǎo)通，－B管PWM。－B管導(dǎo)通時(shí)電流上升，－B管關(guān)斷時(shí)電流下降。Ud++A-AC+B-B+C-C轉(zhuǎn)子位置傳感器狀態(tài)：+A、－B相導(dǎo)通?；仞仩顟B(tài)：轉(zhuǎn)子位置傳感器狀態(tài)：+A、－B相導(dǎo)通。+A管、－B管均關(guān)斷，＋B管子PWM。Ud++A-AC+B-B+C-C電流產(chǎn)生拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?zé)o刷直流電機(jī)的電動(dòng)、回饋制動(dòng)限制邏輯限制PS邏輯變換PWM

輸入+a-a+b-b+c-c轉(zhuǎn)子位置傳感器+++A-A+B-B++C-C驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出電動(dòng)“1”回饋制動(dòng)“0”無(wú)刷直流電機(jī)及其限制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.具有直流電機(jī)的限制特性。2.限制相對(duì)簡(jiǎn)潔。3.電機(jī)效率高，體積小。缺點(diǎn)：1.由于永磁材料貴，電機(jī)價(jià)格較貴。2.過熱簡(jiǎn)潔導(dǎo)致永久性失磁。3.弱磁運(yùn)行較困難。4.須要轉(zhuǎn)子位置傳感器。異步電機(jī)及其限制系統(tǒng)1.異步電機(jī)變頻調(diào)速原理轉(zhuǎn)子繞組中的電壓、電流靠感應(yīng)產(chǎn)生。正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速接近旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速。0AB不同頻率下的異步電機(jī)機(jī)械特性變頻調(diào)速的主要限制方法基于穩(wěn)態(tài)的限制變壓變頻限制（VariableVoltageVariableFrequency)簡(jiǎn)稱VVVF限制；脈寬調(diào)整限制（PulseWidthModulation)簡(jiǎn)稱PWM限制。1.SPWM;2.電壓空間矢量PWM；3.優(yōu)化PWM;4.隨機(jī)PWM;5.高性能的限制方法轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量限制（等效直流電機(jī)限制）（20世紀(jì)70年頭，由德國(guó)西門子公司的F.Blaschke提出。）1.干脆矢量限制；2.間接矢量限制。干脆轉(zhuǎn)矩限制干脆對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈閉環(huán)限制。（1985年德國(guó)學(xué)者M(jìn).Depenbrock首次提出。）

異步電機(jī)滑差頻率限制框圖ωs*ωr*PIFG+ωrωs*ωr++ω1I1*cosω1tcos(ω1t-120o)cos(ω1t-240o)乘法器ia*iaib*icic*ib+PIPWMPIPWMPIPWM三角波驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生a-ab-bc-cI1

=f(ωs)++基本原理：在機(jī)械特性的線性段，電磁轉(zhuǎn)矩正比于滑差頻率。函數(shù)發(fā)生器TMψ2++++I1TI1MI2TI2Mω1(a)直流電機(jī)模型ψ2I1MI1TI2TI1βF0F2F1(b)電流、磁勢(shì)向量圖異步電機(jī)矢量限制矢量控制原理經(jīng)3/2變化、旋轉(zhuǎn)變換后，異步電機(jī)變成了直流電機(jī)模型。將M-T坐標(biāo)的M軸定在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的方向上，可得到最簡(jiǎn)單的方程形式。轉(zhuǎn)子磁鏈方程轉(zhuǎn)子電壓方程穩(wěn)態(tài)時(shí)所以等效直流機(jī)模型的方程轉(zhuǎn)矩限制如何實(shí)現(xiàn)？和和和其中矢量限制思路最終限制定子磁場(chǎng)的幅值與空間位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。磁鏈觀測(cè)算法轉(zhuǎn)速檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電路三相逆變器IM蓄電池PG電容3/2變換轉(zhuǎn)矩計(jì)算Isyqrw控制算法(PI,空間電壓矢量計(jì)算等)轉(zhuǎn)矩和磁鏈設(shè)定算法*1ti*ryry1ti1mi1mi1tiTrwIs*Va*Vbrw給定異步電機(jī)直接矢量控制框圖uua,b,cia,b,cn轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)R坐標(biāo)變換iq*iq+-PIUq*id*id+-PIUd*坐標(biāo)變換ua,b,cu*+PI-+--

限制框圖轉(zhuǎn)子磁鏈精確定向方法異步電機(jī)干脆轉(zhuǎn)矩限制限制原理：通過檢測(cè)電機(jī)定子電壓、電流，借助瞬時(shí)空間矢量理論來(lái)計(jì)算電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。給定的磁鏈和轉(zhuǎn)矩分別與計(jì)算值比較，對(duì)差值進(jìn)行滯環(huán)調(diào)整（也稱砰砰限制）。再依據(jù)定子磁鏈的空間位置、磁鏈與轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)結(jié)果，來(lái)確定逆變器的開關(guān)信號(hào)。干脆轉(zhuǎn)矩限制的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)模型在定子坐標(biāo)系下，只需3/2變換。觀測(cè)的是定子磁鏈，受