電動汽車驅(qū)動用外轉(zhuǎn)子dspm電機研究
唐文武,陳世元
(華南理工大學(xué),廣州510640)
摘要:外轉(zhuǎn)子雙凸極永磁電機用于電動汽車驅(qū)動有許多優(yōu)勢,從控制的角度給出了基于tms320l2407a dsp控制的dspm轉(zhuǎn)子位置信號檢測的方案;并討論了位置脈沖信號電路與dsp之間的接口問題。
關(guān)鍵詞:電動汽車;外轉(zhuǎn)子雙凸極永磁電機;tms320lf2407a;位置信號檢測
中國分類號:tm351;tp273 文獻標(biāo)志碼:a 文章編號:1001一6848(2010)02-0098-04
o引 言
雙凸極永磁電機( dspm)是隨著功率電子學(xué)和微電子學(xué)的飛速發(fā)展在90年代出現(xiàn)的一種新型可控交流調(diào)整系統(tǒng),由t.a(chǎn) lipo等人首先提出,并進行了系列的理論和實驗研究。雙凸極永磁電機的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)外形與開關(guān)磁阻電機相似,呈雙凸極結(jié)構(gòu),不同之處在于它的定子上放人永磁體,轉(zhuǎn)子無繞組和永磁體。研究證明dspm具有控制炅活、動態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速性能好、轉(zhuǎn)矩電流比大、可實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性和效率高等優(yōu)點,采用雙外轉(zhuǎn)子dspm電機輪式驅(qū)動的電動汽車,可以取消傳動機構(gòu)和差速齒輪,采用電子差速器,按所需動力來分配兩電機的功率,因此整個系統(tǒng)的效率得以提高。位置信號檢測是電機控制的重要環(huán)節(jié),有多種解決方案。位置信號電路與dsp芯片之間的連接,端口也可以有多種選擇。
1 12/8極外轉(zhuǎn)子dspm電機介紹
1.1結(jié)構(gòu)
圖1為一臺三相12/8極外轉(zhuǎn)子雙凸極永磁電機截面圖。圖中只畫出了a相繞組,i。為相電流,ua為電機a相電動勢。定子極弧為定子齒距的l/2,即15度機械角,這樣可以保證定轉(zhuǎn)子重疊角之和恒等于轉(zhuǎn)子極弧而與轉(zhuǎn)子位置角無關(guān),從而使氣隙合成磁導(dǎo)為常數(shù),電機無定位力矩。轉(zhuǎn)子極弧為轉(zhuǎn)子齒距的l/2,即22.5度機械角,大于電子極弧,可有利于電流換相。另外,任一相定子繞組所交鏈的磁鏈僅與該相磁導(dǎo)成正比。
1.2電機方程
圖2為給dspm電機供電的三相全橋電路拓?fù)洹?/div>
可選用igbts智能功率模塊。電機三相繞組為y型連接,雙繞組同時通電的工作方式。每一橋臂負(fù)責(zé)一相的通斷,且每一橋臂的上管對應(yīng)該相通正電,下管對應(yīng)通負(fù)電,上下管均截止時該相不通電。每個相繞組通電周期為對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過45度機械角。在一個通電周期里,每一相繞組都是30度機械角工作相帶。每隔15度機械角換相一次。
簡化電機的自感及磁鏈,分段線性化,并且只和轉(zhuǎn)子的空間位置有關(guān),電機的一相端電壓為:
磁鏈由永磁磁鏈和電樞反應(yīng)磁鏈組成,a相單工作時磁鏈方程為:
功率方程為:
1.3工作原理
由式(4)可知,當(dāng)a相繞組通入電流時,隨著轉(zhuǎn)子位置的不同,電樞繞組電感發(fā)生變化而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩分量,電感上升區(qū)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩為正,下降區(qū)的磁阻轉(zhuǎn)矩為負(fù)。所以各楣磁阻轉(zhuǎn)矩在一個電感周期的乎均值為零。隨著轉(zhuǎn)子位置的不同,電樞繞組的永磁磁鏈發(fā)生變化而產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩,在永磁磁鏈的上升區(qū)和下降區(qū)均產(chǎn)生正的永磁轉(zhuǎn)矩。
由于雙凸極無刷直流電機的磁阻轉(zhuǎn)矩在一個通電周期的平均值為零,因此電機的輸出轉(zhuǎn)矩主要由永磁轉(zhuǎn)矩tm提供。轉(zhuǎn)矩的大小可以通過控制相電流大小或?qū)▍^(qū)間寬度來實現(xiàn),也可以采用單拍或雙拍的運行方式來控制。改變電流的極性和導(dǎo)通順序可以改變轉(zhuǎn)矩方向。
如圖3所示,縱軸分別為電機的磁鏈、自感、相電流和轉(zhuǎn)矩,橫軸為電機轉(zhuǎn)子的角度位置。設(shè)外轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn),電機運行中永磁磁鏈一個變化周期為45度機械角,定義o度位置為a相定子齒和轉(zhuǎn)子齒開始重合的位置。 |