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纯电动车驱动控制系统

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1驱动系统硬件设计

1.1制动能量回馈控制过程能量回馈控制主电路如图3所示,三相逆变电路采用IGBT功率模块,模块中包括6个IGBT以及各开关管相对应的续流二极管D1~D6[7-9]。本文采用SVPWM磁链跟踪控制技术,控制PWM的开关时间,使逆变器的输出电压波形尽量接近正弦波,在电机空间形成逼近圆形的旋转磁场。为了获得多边形旋转磁场逼近圆形旋转磁场,在每个电压空间矢量的60°区间内可以有多个工作妆态。图4所示为第Ⅰ扇形区域,该扇形区内的T区间包括T0,T1,T2和T7对称分布,相应的电压空间矢量为u0,u1,u2和u7,其功率开关管开关状态为000,100,110和111共4个状态[10]。该T区间内按照开关序列输出的三相相电压波形如图5所示。状态1,给定电压空间矢量为u0(000),功率开关管T2、续流二极管D4和D6导通,构成三相回路,制动时的能量一部分由定子电阻消耗,另一部分存储于定子电感中,此过程的电流流向如图6(a)所示。状态2,开关状态从u0切换到u1,功率开关管T2关断,但由于T1承受反压仍处于关断状态,其续流二极管D1导通,b,c相下桥臂的D4和D6导通,构成三相回路;制动过程中,将电机电感释放的能量回馈到直流侧电容和蓄电池中,达到制动能量回收的目的,如图6(b)所示。状态3,开关状态从u1切换到u2,功率开关管T3、二极管D1和D6导通,制动时,电机a和c相电感释放的能量储存在直流侧电容和电池,而b相电感储存能量,电流流向如图6(c)所示。状态4,开关状态从u2切换到u7,功率开关管T3,T5以及二极管D1导通,制动过程中,一部分能量消耗在定子电阻上,另一部分制动能量存储于定子电感中,电流流向如图6(d)所示。由上述对区间Ⅰ控制过程的分析可得,制动过程中,给定电压空间矢量为零矢量时,电机定子的电感处于储能状态且定子电阻消耗一部分能量,电流不经过直流侧电容和电池;当给定电压空间矢量为非零矢量时,电机将机械能转换成电能,利用三相逆变器的二极管将电能反馈到直流侧,为电容和蓄电池充电,实现制动能量反馈功能。

1.2信号采集信号采集电路主要对电机转速、转子位置、电机三相电流、温度以及母线电压等信号进行采集。其中,电流由霍尔传感器采集获得;电机温度为热敏电阻采集到的定子绕组温度;电机转子位置传感器采用磁阻式的旋转变压器对电机的转子位置进行实时监测,利用解码芯片将旋转变压器的输出电压解码成数字信号,然后通过SPI接口传给DSP。

2驱动系统软件设计

纯电动汽车驱动系统主程序的作用是为了判断纯电动汽车的运行状态,以控制蓄电池的充放电模式,其流程如图7所示。

3实验与分析

为了验证永磁同步电机驱动系统具有能量回收的功能,搭建的测试试验台如图8所示。试验台包括2套电机控制系统,被测电机和负载电机,均采用转速闭环控制方法。当被测电机电动运行时,拖动负载电机运行,负载电机的能量通过电阻消耗;当被测电机发电运行时,产生的能量回馈到蓄电池组中。利用功率分析仪采集被测电机的转矩、转速等信号。本文将永磁同步电机作为被测电机,其定子绕组为三相星形绕组,额定转矩为56N•m,额定功率为20kW,峰值转矩为190N•m,峰值功率为65kW。分别在额定转矩和额定功率以及峰值转矩和峰值功率下电机控制器发电工况下进行实验,功率分析仪记录的数据如表1和表2所示。实验数据表明,发电工况下随着回馈电流的增大,系统效率也相应提高了。电机处于低速行驶时,系统效率最低,一部分能量消耗在机械摩擦上;当电机转速位于额定转速附近时,系统效率最大。额定转矩和额定功率条件下,额定转速3400r•min-1时,机械损耗为1.74kW;峰值转矩和峰值功率条件下,峰值转速为3400r•min-1时,机械损耗为7.13kW。可见,额定条件下,机械损耗小系统效率较高,回收的能量较多,满足纯电动汽车能量回馈的要求。

4结语

在电池技术尚未取得突破发展的情况下,研究具有能量回馈功能的纯电动汽车驱动系统,有利于提高制动能量回收效率,延长续驶里程。本文针对能量回馈控制进行了硬件和软件系统设计,并在试验台上进行验证。实验结果表明,永磁同步电机驱动系统在制动过程中,具有较高的系统效率,系统效率85%以上的工作点占72.73%,适合应用于纯电动汽车。

作者:陈舒燕 朱靖 余朝刚 单位:上海工程技术大学 电子电气工程学院 上海工程技术大学 城市轨道交通学院

纯电动车驱动控制系统责任编辑:杨雪    阅读:人次