混合动力电动汽车用电机的开发与系统仿真

摘要

该课题的研究工作主要围绕开发一台并联式混合动力电动汽车(PHEV)用永磁同步电机(PMSM)展开,所作的工作主要包括以下几个部分:首先,确立了PHEV用PMSM电动机运行状态时的电流控制策略,针对PMSM在电动机运行状态时提高弱磁扩速能力和在发电机运行状态时减小固有电压调整率的相互矛盾,提出了初步的解决方法.其次,开发了PHEV用PMSM.主要是从提高电机的有效材料峰值功率、解决PMSM提高电动机运行状态时的弱磁扩速能力和减小发电机运行状态时的电压调整率之间的矛盾及提高电机的效率着手,分析了长径比、气隙长度对有效材料峰值功率的影响,并确定了它们的最佳尺寸.给出了一些PMSM设计中减小振动噪声应该注意的事项.为了给电机降温,选用了给电机外壳加装水套,对电机外壳进行水冷.给出了PHEV用PMSM场路结合的设计框图和PMSM调整性能的计算方法.从降低电机的铁耗、铜耗和机械损耗着手,给出了提高电机效率的一般方法.通过以上分析,研制了一台PHEV用PMSM.最后,研究了PHEV用PMSM样机控制系统的硬件组成,给出了系统的硬件结构框图及软件设计流程图.确立了以80C196KC为主控芯片的控制系统;对PHEV用PMSM建立了仿真数学模型,应用Matlab设计了计算机仿真软件,并对整个系统在不同工作模式下性能进行了仿真;最后,对PHEV用PMSM进行了试验,验证了系统具有良好的性能.

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

1绪论

1.1课题的背景及选题意义

1.2混合动力电动汽车及其技术领域的国内外研究现状和发展趋势

1.2.1串联式(Series)混合动力电动汽车

1.2.2并联式(Parallel)混合动力电动汽车

1.2.3混联式(Combined)混合动力电动汽车

1.2.4混合动力电动汽车的技术研究领域

1.3电动汽车用电机的国内外研究现状和发展趋势

1.4本文进行的工作

2PHEV用PMSM电动机状态时的弱磁扩速能力和发电机状态时的固有电压调整率的分析

2.1引言

2.2PHEV用永磁同步电机电动机状态时定子电流控制策略

2.2.1PMSM稳态运行的数学模型

2.2.2PMSM的电流控制策略

2.3PHEV用PMSM电动机运行状态时的直轴同步电感和逆变器容量对电机性能的影响

2.4PHEV用PMSM发电机运行状态时直轴同步电感对固有电压调整率的影响

2.5小结

3并联式混合动力电动汽车用永磁同步电机的研究开发

3.1电机外形尺寸和极对数的确定

3.2确定电机的气隙长度

3.3电动机运行状态时的弱磁扩速能力和发电机运行状态时的固有电压调整率

3.4永磁同步电动机空载气隙永磁磁密波形和空载反电动势波形

3.5隔磁措施对极间漏磁系数的影响

3.6为减小振动噪声注意的事项

3.7提高电机效率和降低电机的温升

3.8并联式混合动力电动汽车用永磁同步电机的场路结合算法

3.9小结

4控制系统的设计实现和整体系统的仿真与实验研究

4.1PHEV用永磁同步电机控制系统的设计实现

4.1.1控制系统的概述

4.1.2控制系统的软件设计

4.2PHEV用永磁同步电机系统的计算机数字仿真

4.2.1永磁同步电机电动机运行状态时的动态性能仿真数学模型

4.2.2电动机运行状态时的滞环PWM电路的模拟

4.2.3电动机运行状态时的速度PI控制器

4.2.4样机系统电动机运行状态时的计算机数字仿真

4.2.5永磁同步电机发电机运行状态时的动态性能仿真数学模型

4.2.6样机系统发电机运行状态时的计算机数字仿真

4.3 PHEV用永磁同步电机样机的试验

4.3.1永磁同步电机作为电动机运行

4.3.2永磁同步电机作为发电机运行

4.4小结

5全文总结

参考文献

在学研究成果

致 谢