電動車用感應(yīng)電動機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計
王毅，王立國，徐殿國
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)，廣東深圳518055)
摘要：根據(jù)電動車對電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的技術(shù)要求，設(shè)計了一套三相感應(yīng)電動機驅(qū)動器。該驅(qū)動器利用一種含微分運算的矢量控制方法，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。實驗表明：控制器可滿足電動車的高功率密度、高轉(zhuǎn)速、快速動態(tài)調(diào)速性能等技術(shù)指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：感應(yīng)電動機；轉(zhuǎn)子時間常數(shù)；電動車；矢量控制
中圖分類號：TM346 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7018(2008)07-0045-02
0引 言
電機及其驅(qū)動系統(tǒng)是電動車的核心部分，它體現(xiàn)了一個國家的電機制造水平和控制水平。國外在這方面已做了多年的研究，目前已有一些成熟的控制系統(tǒng)，但國內(nèi)僅在近幾年才涉足該領(lǐng)域[1-3]。電動車所用電機可分為永磁同步電動機、磁阻電動機及感應(yīng)電動機等多種，鼠籠式感應(yīng)電動機因具有價格低、維護(hù)簡單、結(jié)構(gòu)體積小等優(yōu)點，故它在電動車領(lǐng)域中被廣泛采用，本文的驅(qū)動控制系統(tǒng)就是針對該種電機設(shè)計的。由于電動車系統(tǒng)要求電機控制部分應(yīng)具有較高的動態(tài)響應(yīng)速度及較小的靜態(tài)誤差，因此本文在功率輸出部分采用了大功率IGBT三相逆變橋的結(jié)構(gòu)[4]，其中IGBT的開關(guān)頻率可達(dá)到10kHz。為提高對IGBT驅(qū)動的可靠性，驅(qū)動電路采用了模塊形式。為了能實現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法，中央處理器選用TI公司專門用于電機控制的DSPF2407A芯片。在對感應(yīng)電動機的控制策略方面，由于磁場定向矢量控制方法發(fā)展得比較成熟，其控制性能可滿足電動車系統(tǒng)的要求，因此本文采用了該方法。為了抑制電機參數(shù)變化對控制系統(tǒng)性能的影響，本系統(tǒng)采用了一種改進(jìn)的含微分運算的磁場定向控制算法[5,6]。
1 感應(yīng)電動機驅(qū)動系統(tǒng)
由于電動車的供電電源為鋰電池，而三相感應(yīng)電動機需要的工作電源為三相對稱、可調(diào)幅調(diào)頻的正弦電源，因此，在電機驅(qū)動器中必須把直流電源逆變成三相交流電源。本文的電動車電機驅(qū)動系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。三相感應(yīng)電動機的額定功率為23 kW，峰值功率可達(dá)60 kW。車載鋰電池的額定輸出電壓為310 V，系統(tǒng)允許電壓工作范圍為250～350 V。
圖1中由1、2、3部分組成三相橋臂，可通過控制IGBT的驅(qū)動信號實現(xiàn)將直流母線電壓轉(zhuǎn)換為三相正弦PWM脈沖的任務(wù)；反之，在剎車制動期間，也可將此三個橋臂作為高頻整流器使用，即將電機發(fā)出的三相正弦電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，從而對電池進(jìn)行回饋充電。圖中第4部分為能量回饋控制電路，即可以根據(jù)電池電壓的具體情況來控制電池充電電流的大小。本文采用IcBT作為三相逆變橋的功率單元，其額定電流為300 A，****可達(dá)400A(低溫)，耐壓為1 OOO V。IGBT的驅(qū)動和保護(hù)電路采用了與IGBT配套的驅(qū)動模塊，每個模塊可驅(qū)動一個橋臂，并且各驅(qū)動模塊可共用一個驅(qū)動電源，這極大地簡化了驅(qū)動電路的設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性。
圖2為控制電路原理圖�？刂齐娐返暮诵牟捎脭�(shù)字信號處理器DSP-F2407A。由DSP對電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)速、故障等信號進(jìn)行檢測與處理，同時它還可產(chǎn)生PWM及其它控制信號，并可通過CAN總線與車載的其它控制模塊通信。
2 控制策略
本文采用磁場定向矢量控制方法，利用文獻(xiàn)[5，6]中的電機模型：
控制系統(tǒng)的工作原理如圖3所示。其中，虛框里的內(nèi)容為本文算法的核心，勵磁控制部分由式(1)完成，轉(zhuǎn)矩控制部分由式(2)完成，磁鏈估算部分由式(3)、式(4)完成。
3 實驗結(jié)果
本文所用的鼠籠式三相感應(yīng)電動機的參數(shù)為：額定輸出功率23 kW；額定輸入 |
