電動車開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)研究.pdf

1、面對資源緊缺和環(huán)境污染兩大問題，世界各國都大力發(fā)展和推廣新能源電動車。電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，開關(guān)磁阻電機(SRM)因起動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、驅(qū)動效率高、容錯能力強和成本低等特性，非常適用于電動車應用場合。然而，較大的轉(zhuǎn)矩脈動、特殊的功率變換器結(jié)構(gòu)和脆弱的位置傳感器同樣也限制了SRM在電動車中的應用。為此本文根據(jù)電動車電機驅(qū)動系統(tǒng)需求特性，對電動車用SRM設計指標、新型功率變換器驅(qū)動拓撲、電動車 SRM驅(qū)動控制策略和四象

2、限無位置傳感器控制進行了研究。論文主要內(nèi)容如下：
　　根據(jù)電動車電機驅(qū)動系統(tǒng)需求特性和SRM固有特性，總結(jié)了六個設計指標：轉(zhuǎn)速因數(shù)υ、轉(zhuǎn)矩銅損比率η、過載轉(zhuǎn)矩系數(shù)ζ、轉(zhuǎn)矩平滑系數(shù)τ、伏安利用率f和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩密度ρ?；谟邢拊?FEA)建立了SRM動態(tài)仿真模型，對每個設計指標進行了優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化分析選擇了四個敏感性幾何參數(shù)，并采用多目標優(yōu)化函數(shù)對每個幾何參數(shù)進行優(yōu)化，其中優(yōu)化函數(shù)中的設計指標根據(jù)電動車驅(qū)動性能需求選擇了不同的權(quán)重系數(shù)。

3、最后采用所提的方法設計了一臺電動車用SRM，并對電機靜態(tài)和動態(tài)性能進行了測試，實驗結(jié)果驗證了所提指標和設計方法的正確性。
　　功率變換器是 SRM驅(qū)動系統(tǒng)重要組成部分之一，本文將雙向 DC/DC變換器和不對稱半橋功率變換器級聯(lián)，構(gòu)成了能實現(xiàn)電動車不同工作模式的新型驅(qū)動拓撲。詳細分析了功率變換器電動狀態(tài)的六種等效工作電路，制動狀態(tài)的五種等效工作電路和充電狀態(tài)的四種等效電路。在電動狀態(tài)，前端變換器工作在Boost模式，低速輕載時降低母

4、線電壓，減小電流脈動和開關(guān)損耗；高速重載時，升高母線電壓，縮短換相時間，提高驅(qū)動效率和功率輸出能力。在制動狀態(tài)，前端變換器工作在Buck模式，機械能轉(zhuǎn)換為電能并給蓄電池充電。在充電狀態(tài)，利用電機繞組和功率開關(guān)器件構(gòu)成了車載充電器，并有功率因數(shù)校正(PFC)功能，仿真和實驗驗證了所提拓撲的有效性和靈活性。
　　根據(jù)電動車電動和制動兩種工作狀態(tài)，本文提出了電動狀態(tài)采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，制動狀態(tài)采用制動轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制。在電動狀態(tài)，采用三段式控

5、制策略，以拓寬SRM調(diào)速范圍；為了提高加減速過程的平滑度，提出了混合交叉控制；并通過在線調(diào)節(jié)開通角和關(guān)斷角，提高驅(qū)動系統(tǒng)效率。在制動過程中，采用制動轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略；設計了轉(zhuǎn)矩估計器實時估計SRM制動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)制動轉(zhuǎn)矩信號反饋；設計了前饋加飽和補償?shù)膹秃限D(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，減小動態(tài)制動轉(zhuǎn)矩響應時間，提高穩(wěn)態(tài)制動轉(zhuǎn)矩精度；采用遺傳算法優(yōu)化開通和關(guān)斷角，減小轉(zhuǎn)矩脈動，提高制動能量回饋效率。仿真和實驗驗證了電動和制動狀態(tài)控制策略的正確性。
　　

6、位置傳感器的安裝降低了SRM驅(qū)動系統(tǒng)在電動車中應用的可靠性，為此本文提出了能實現(xiàn)自起動、四象限和寬調(diào)速范圍的無位置傳感器控制。首先根據(jù)三相12/8極SRM幾何結(jié)構(gòu)的對稱性，測得電機在7.5°、15°、30°和37.5°轉(zhuǎn)子位置的磁鏈-電流特性曲線。在起動和低速段，通過向空閑相注入高頻脈沖，實時檢測磁鏈并與四個特殊位置的磁鏈-電流特性曲線比較，可確定轉(zhuǎn)子區(qū)域，進而實現(xiàn)起動和低速段的四象無位置傳感器控制；中高速段，通過檢測磁鏈與四個特殊位置