电动汽车驱动用外转子双凸极永磁电动机控制器设计

摘要

本课题对新型电动汽车节能方案进行了研究，并选用的是三相12/8极外转子双凸极永磁电机作为电动汽车的驱动电机。双凸极永磁电机以其控制灵活、结构简单、电气性能优良、能在较宽的速度和车载范围内高效运行、可靠性高等优势，为此设计了双凸极用此同步电机的控制器及其主电路的升压电路。
　　 本文首先介绍了电动汽车发展的概括，并介绍了双凸极永磁电机国内外的现状；对双凸极永磁电机的特点和电磁原理进行了阐述，分析了电机的数学模型、基本方程：针对本课题研究的外转子双凸极永磁轮毂电机进行了电子差速器的设计，为双电机的主控制板，详细介绍了该控制板的各种电路，并对用于控制双凸极永磁电机进行了各种硬件资源的配置；根据电动汽车驱动系统的特点，研制了双CPU控制系统和功率变换主电路，对电路的结构和有关参数进行了选择、设计、计算，设计了各种应用电路：转子速度和位置检测电路、电流斩波电路等，为了提高电路的可靠性，电路中采取了模拟光耦隔离等抗干扰措施；对部分应用电路做了仿真，并设计了转速、电流双闭环系统，采用PI的控制，发出相通断信号和PWM信号，实现对主功率元件的通断控制。
　　 同时针对电动汽车的系统特点，为了提高驱动主回路的电压。本文研究了一种有源箝位电流馈电的半桥变换器中的拓扑，并对其进行了模态分析，研制并实现了有源箝位半桥变换器装置并进行了实验，证明这种拓扑可以实现主副开关管的ZVS（零电压开关）开通。实验证明采用了电荷控制方式实现的这种变换器，性能优良，可以减少有源箝位电路的设计难度，提高了效率，适用于电动汽车的升压环节。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 DSPM的发展概况和发展趋势

1.2.1 国外概况

1.2.2 国内概况

1.3 本文选题意义及所做主要工作

1.3.1 选题现实及理论意义

1.3.2 本文研究的主要内容

第二章 双凸极永磁电机及控制原理

2.1 简述

2.2 电机数学模型及工作原理

2.3 各相绕组通电相序分析

2.4 DSPM电机的控制方式

2.5 本章小结

附图

第三章 电动汽车用DSPM控制器的整体设计

3.1 外转子DSPM驱动电动汽车的结构模型

3.2 外转子电机驱动技术

3.2.1 电动汽车外转子电机驱动的结构

3.2.2 电机种类的选择

3.2.3 控制特点

3.2.4 差速器原理

3.3 本章小结

第四章 双凸极永磁电机控制系统

4.1 DSPM电机控制系统的软件流程图

4.2 系统硬件结构总体设计

4.3 位置信号采集和整形电路

4.4 电流采样电路和绝对值电路设计

4.5 PWM处理电路设计

4.6 IGBT驱动电路设计

4.7 电压、电流及转速信号采集及处理方案设计

4.8 DSP电路及周边电路设计

4.9 六路IGBT三相逆变桥式电路设计及选型

4.9.1 DSPM用逆变电路的特点

4.9.2 IPM功率变换器

4.10 辅助电源设计

4.10.1 辅助电源的选择

4.10.2 基于TOP-switch单端反激开关电源原理

4.10.3 开关电源的电路设计

4.11 实验结果

4.12 双凸极永磁同步电机控制板实物图

4.13 本章小结

附图

第五章 升压功率变换器的设计与实现

5.1 升压型功率变换器介绍

5.2 有源箝位升压半桥变换器工作原理

5.3 有源箝位电流馈电半桥变换器的控制方案设计

5.3.1 同步电路

5.3.2 控制电路及电流环设计

5.3.3 隔离型电压采样网络及电压环的设计

5.3.4 死区控制及驱动电路

5.4 仿真与实验分析

5.4.1 设计仿真

5.4.2 有源箝位半桥变换器的实验波形分析

5.5 升压功率变换器实际装置的实现

5.6 本章小结

附图

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表与学位论文内容相关的学术论文

致 谢