電動車開關磁阻電機驅動系統(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。電機驅動系統(tǒng)是電動車發(fā)展的關鍵技術之一，開關磁阻電機(SRM)因起動轉矩大、調速范圍寬、驅動效率高、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，較大的轉矩脈動、特殊的功率變換器結構和脆弱的位置傳感器同樣也限制了SRM在電動車中的應用。為此本文根據電動車電機驅動系統(tǒng)需求特性，對電動車用SRM設計指標、新型功率變換器驅動拓撲、電動車 SRM驅動控制策略和四象

2、限無位置傳感器控制進行了研究。論文主要內容如下：
　　根據電動車電機驅動系統(tǒng)需求特性和SRM固有特性，總結了六個設計指標：轉速因數υ、轉矩銅損比率η、過載轉矩系數ζ、轉矩平滑系數τ、伏安利用率f和轉子轉矩密度ρ。基于有限元(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。根據優(yōu)化分析選擇了四個敏感性幾何參數，并采用多目標優(yōu)化函數對每個幾何參數進行優(yōu)化，其中優(yōu)化函數中的設計指標根據電動車驅動性能需求選擇了不同的權重系數。

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)，構成了能實現電動車不同工作模式的新型驅動拓撲。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損耗；高速重載時，升高母線電壓，縮短換相時間，提高驅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器件構成了車載充電器，并有功率因數校正(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)采用轉速閉環(huán)控制，制動狀態(tài)采用制動轉矩閉環(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；并通過在線調節(jié)開通角和關斷角，提高驅動系統(tǒng)效率。在制動過程中，采用制動轉矩閉環(huán)控制策略；設計了轉矩估計器實時估計SRM制動轉矩，實現制動轉矩信號反饋；設計了前饋加飽和補償的復合轉矩調節(jié)器，減小動態(tài)制動轉矩響應時間，提高穩(wěn)態(tài)制動轉矩精度；采用遺傳算法優(yōu)化開通和關斷角，減小轉矩脈動，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自起動、四象限和寬調速范圍的無位置傳感器控制。首先根據三相12/8極SRM幾何結構的對稱性，測得電機在7.5°、15°、30°和37.5°轉子位置的磁鏈-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，可確定轉子區(qū)域，進而實現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