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电动汽车驱动电机及其控制策略
来源:本站整理  作者:佚名  2012-12-30 14:13:04


电机驱动电路简单,在宽转速范围内效率较高,易于实现四象限控制;转子转动惯量低,便于调速控制。

 

由开关磁阻电动机转矩-转速特性曲线(如图 1 所示)可以看出,当电机转速低于基速 ωb时,电感L 很小,此时保持开通角和关断角不变,电机工作在恒转矩(0<ω≤ωb)区间,这时采用电流斩波器(也叫变流器)进行控制。

 

电流斩波控制,是指当转角处于开通角阶段时,使功率开关电路接通(称为相导通),绕组电流从 0 开始上升;当电流达到设定的上限峰值时,切断绕组电流(称斩波关断),绕组承受反压,电流迅速下降;经过一段时间后,电流降到设定的下限值时,电路重新导通(也称斩波导通)。上述过程周而复始,形成斩波电流波形,直到转角为关断角,使电路相关断。

 

电流斩波控制的实质,是按照转矩-转速特性曲线,使绕组电流在上下极限值时进行电路的关断和导通,从而实现对电机转矩和转速的控制。该驱动系统控制策略,使得转矩相对平稳,适合车辆低速和制动运行。其缺陷在于,当路况发生变化(负载扰动)情况下动态响应迟缓。

 

在(ωb,ωsc)区间,当电机电感增加到一定值时,阻碍峰值电流上升,根据图 1 中第 2 段曲线,以转子位置角作为控制参数,采用角度控制方式。

 

角度控制是指控制开通角θon和关断角θoff。在 θon和θoff之间,对绕组施加正向电压,维持电流上升。在 θoff一段时间内,对绕组施加反向电压使电流续流迅速下降,直至为0,实现电机调速目的。通过角度优化,能使电动机在不同负载下保持较高的效率。

 

在高速工作区(ωb>ωsc)时,临界速度 ωsc、开通角 θon和关断角 θoff达到极限值后,保持电机相电压,使开通角 θon和关断角 θoff固定不变,根据图 1 中第 3 段曲线,采用电压斩波方式进行控制,抗负载扰动动态响应快,但转矩脉动较大。

 

五、永磁同步电动机

永磁同步电机分为永磁无刷直流电动机和永磁无刷交流电动机。不同的是,无刷直流电动机的反电动势和定子电流波形为三相方波,而无刷交流电动机波形则为三相正弦波信号。无刷直流电动机的优势在于没有电刷,而是利用电子换相,克服了由电刷引起的问题。永磁体安装在转子上,电枢绕组装在定子上,因而导热性能好,结构简单,既使结构紧凑,又减少了磁场损失,其效率与转速保持同步关系。

 

1.永磁同步电动机特点

(1)永磁同步电动机优点

①结构简单,便于维护。与感应电动机相比,无滑环、无电刷、结构简单、寿命长。

②由于采用永磁体,可省去励磁功率,高效节能,功率因数大幅度提高。

③功率密度大,效率曲线平直,效率特性优良。位置检测方便,控制简单,调速精度高。

 

(2)永磁同步电动机缺点

①成本高,要做到体积小、重量轻,技术难度较大;

②相电流难以达到理想状况,存在一定转矩脉动和噪声、振动。

 

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