电动汽车永磁同步电动机及其控制器研究

摘要

20世纪90年代以来，为了缓解能源和环境对人类生活和社会发展的压力，世界各国都投入了大量资金开发电动汽车。在日本、美国、法国等汽车强国已经开发出一些商品化的电动汽车。我国在“十五”期间，国家电动汽车重大科技专项确立以燃料电池汽车、混合电动汽车、纯电动汽车以及相关的多能源动力总成控制、驱动电机、动力蓄电池及燃料电池等关键零部件研发。 与其它驱动电机相比，永磁同步电动机具有高效率、高功率密度和良好的控制特性，受到人们的普遍关注，越来越多地应用于电动汽车的驱动装置中。本文课题以印度REVA公司小型纯电动汽车驱动用永磁同步电动机及其控制器为研究对象，对永磁同步电动机本体及控制器硬件进行了比较深入的研究，设计并制作了永磁同步电动机试验样机以及基于TMS320LF2407A DSP的永磁同步电动机控制器，在此基础上展开了初步试验研究。 本文首先比较了当前常用电动汽车驱动电机的特点，并综述了电力电子和计算机控制技术在汽车驱动中的应用；然后分析永磁同步电机气隙磁场对电机性能的影响，针对电动汽车驱动电机的特点，提出了T形转子永磁同步电动机，不仅使永磁同步电动机的气隙磁场接近正弦同时解决了高速运行时磁钢的固定问题；同时，制作了基于TMS320LF2407A DSP和IPM模块的永磁同步电动机矢量控制器，并对控制器进行了驱动无刷直流电动机的负载实验和永磁同步电机的空载实验；最后，分析永磁同步电机矢量控制的数学模型，并建立了永磁同步电机的SVPWM驱动的仿真模型，进行了id=0的矢量控制系统仿真，研究了永磁同步电机参数对系统动态响应的影响。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1电动汽车驱动电机发展现状综述

1.1.1直流电动机驱动系统

1.1.2开关磁阻电动机驱动系统

1.1.3交流感应电动机驱动系统

1.1.4永磁无刷直流电动机和永磁同步电动机驱动系统

1.2永磁同步电动机在电动汽车中应用

1.2.1电动汽车驱动用永磁同步电动机本体特点

1.2.2电动汽下驱动用永磁同步电动机的控制

1.3电力电子和计算机控制在汽车驱动电机控制器中的应用

1.3.1电力电子在汽车驱动电机控制器中的应用

1.3.2计算机控制在汽车驱动电机控制器中的应用

1.4课题背景、来源、研究内容和论文安排

1.4.1课题背景

1.4.2课题来源

1.4.3研究内容和论文安排

第2章T形转子结构高速永磁同步电动机

2.1永磁同步电动机转子结构综述

2.2.电机电磁场有限元分析概述

2.3 T形转子结构高速永磁同步电动机磁场的有限元分析

2.3.1有限元分析的软件ANSYS

2.3.2 T形转子结构磁场的有限元分析

2.4 T形转子高速永磁同步电动机磁场傅里叶分析及优化设计

2.4.1快速傅立叶变换(FFT)

2.4.2改善电动机磁场谐波的措施

2.4.3 T形转子高速永磁同步电动机磁场的傅里叶分析

2.4.4 T形转子结构的优化

第3章永磁同步电动机控制器的硬件设计

3.1永磁同步电动机控制器的系统构成

3.2控制器中的智能功率模块IPM和DSP

3.2.1智能功率模块IPM

3.2.2 TMS320LF2407A DSP

3.3控制器主要环节设计

3.3.1 DSP隔离电源

3.3.2上电缓冲电路

3.3.3IPM驱动电路

3.3.4 DSP缓冲驱动电路

3.3.5电流检测电路

3.3.6 IPM集成驱动电路自举电路

3.3.7 IPM过流保护电路

3.3.8光电编码器输入电路

3.4永磁同步电动机控制器的便件制作

第4章样机及控制器的仿真和试验研究

4.1永磁同步电动机矢量控制的数学模型

4.2仿真模型的构建

4.2.1永磁同步电机的仿真系统模型

4.2.2 PI调节模块

4.2.3坐标变换模块

4.2.4 SVPWM模型

4.2.3生成PWM波

4.3仿真结果及分析

4.4样机及控制器的现场试验

4.4.1驱动永磁无刷直流电动机试验

4.4.2驱动永磁同步电动机试验

4.4.3样机机械特性曲线

第5章全文总结

参考文献

致 谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加的科研项目