电动汽车用大功率永磁同步电机驱动系统的研究

摘要

电动汽车以其污染零排放、能源利用效率高、机械控制性能好等诸多优点，得到人们的广泛关注，加之当今的全球性能源短缺、温室效应显现和我国持续出现的雾霾污染等问题，使得电力驱动装置在车辆中的应用得到大力推广。结合课题需要，本文对特种车辆的电机驱动系统进行了研究。
　　本文首先对当前国内外大功率电动汽车的发展现状做了分析，并对用于电动汽车中的各种电机进行了分类比较，得出内置式永磁同步电动机在高速大功率电动汽车驱动系统中的优越性。通过对内置式永磁同步电动机的数学模型的建立与分析，提出了最大转矩电流比控制的分段拟合优化方法和弱磁扩速理论，改善了控制精度。通过建立MATLAB仿真实验对文中提出方法进行了验证。
　　其次根据某些特种车辆需要高速大功率运行的要求，阐述了提升载波比的意义，介绍了半导体器件的开关损耗和软开关技术;提出了通过抬高电机反电动势、采取空间矢量调制方式方式提高变频器母线利用率的方法降低负载电流，从而减少开关损耗;研究了矢量调制技术中的五段式调制法和七段式调制法，在开关次数不变的情况下提升系统载波比，达到改善控制效果的目的，并通过仿真验证了此方法的可行性。
　　此外为改善高频工况下载频过低引起的控制性能下降的问题，本文提出了一种新颖的电流控制策略。在电机高速运行时，通过一个暂态电流修正器对电机dq轴电流进行重新分配，以达到改善电流环的控制性能的目的。文中通过仿真和实验验证了该电流调节器的优越性能。
　　最后本文对电动汽车驱动系统的变频器部分的硬件设计与软件控制流程图进行了详细介绍，构建了以TMS320f28335为主控芯片的实验平台，在湘潭电机厂对电动机驱动系统在不同工况下的负载调速实验。实验结果验证了本文方法所提方法的可行性，肯定了其应用前景。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 背景与意义

1．2 现状与趋势

1．2．1 电动汽车概述

1．2．2 电传动系统驱动电机的分类与比较

1．3 大功率永磁电动机驱动系统的国内外研究现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 永磁同步电机的数学模型及其基本控制策略

2．1 永磁同步电机数学模型

2．2 永磁同步电机的最大转矩电流比控制

2．3 永磁同步电动机的弱磁控制

2．4 仿真结果与分析

2．5 本章小结

第3章 减小控制器开关损耗的研究

3．1 提高母线电压利用率

3．1．1 梯形波调制法

3．1．2 叠加三次谐波的调制方式

3．1．3 空间矢量调制方式

3．2 减少载波周期内的开关次数

3．2．1 七段式调制法

3．2．2 五段式调制法

3．3 仿真与分析

3．4 本章小结

第4章 永磁同步电机驱动系统暂态性能的改善

4．1 传统控制方法

4．2 改进的电流控制方案

4．2．1 电压裕量

4．2．2 改进的控制方法

4．3 仿真结果

4．4 实验结果

4．5 本章小结

第5章 系统硬件与软件设计

5．1 硬件电路设计

5．1．1 主电路的设计

5．1．2 采样电路的设计

5．1．3 脉冲触发信号发生电路

5．1．4 保护电路设计

5．2 系统软件设计

5．3 实验与分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间参与科研项目