【doc】电动车轮毂永磁电机SPWM矢量控制系统研究

【doc】电动车轮毂永磁电机SPWM矢量控制系统研究 电动车轮毂永磁电机SPWM矢量控制系统 研究 第42卷第l0期 2008年l0月 电力电子技术 P0werElectmnics Vo1.42.No.10 0ct0ber.2008 电动车轮毂永磁电机SPWM矢量控制系统研究 卢智锋,康龙云,吉田刚 (1.华南理工大学,广东』'.州5l0640;2.迈为电子技术(上海)有限公司,上海20l203) 摘要:对轮毂永磁电机矢量控制系统展开了研究.电机控制系统采用霍尔位置传感器跟踪永磁电机磁链,经矢量坐 标变换后应用SPwM技术对电流进行控制.针对传统sPwM技术直流电压利用率低的缺点,采用了一种注入3次谐 波为三角波的sPwM控制技术,以提高直流电压的利用率,从而提高电机的输出效率;采用该方法,也容易实现控制 算法的设计. 关键词:永磁电机;矢量控制/正弦脉宽调制:直流电压利用率:位黄传感器 中图分类号:TM301.2文献标识码:A文章编号:1000一l00X(20O8)1O一0020—02 ResearchOnSPWMVectOrCOntrOlSvstemf0rEVIn_wheelPermanent MagnetMOt0r LUZhi—Feng,KANGL0ng-Yun,TakeshiYoshida (1.50HI力.2e,炒Q厂7lec矗oZ鲁,G彻gzo51064O,C凡r上; 2.Ect矗ccnofoco.Lfd_,s^?n2ol203,.) Abstract:Thispaperstudjesahoutanin—wheeI一manentmagnetmotor(PM)vectorcontmlsystem.Motorcontmlsystem useshal1positi0nsens0I_stotrackthenuxofP}Jp1iestheSPWMc0ntIl0ltechnologyt0contr olcun.entafterthevector coordinateschanges.Fortheshortcomingof1ow—uti1izati0nofDCv0ltageinthetraditi0na1SPWMc0ntmltechno1ogy,the SPwMcontm1 ,echno1ogyjsusedjnwhjchathirf|hanT1onic0ftanglewaveisinjectedt0impr0vetheutiliz aIjo玎ofDC voltage,sothat0utputef_ficiencyofthemotorcanI1P『IlIl''hhigher.A1so,thismethodscaneasilyI?aljzethedesignofcon— tr0IAlgorithms. Keyw0rds:pern1anentmagnetmotor;vect0rcontIul/sinepulsewithmodulation;uti1izati0 nofDCvoltage;positionsens0r l引言 当今能源危机正严重制约着人类社会的可持续 发展,也严重影响着汽车工业,因此对新能源的研发 迫在眉睫,目前.已提出许多以新能源作为动力源的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,其中最可行的方案之一是采用电动汽车代替 燃油汽车.因此,电动汽车的驱动系统成为汽车工业 的研究热点 轮毂永磁电机驱动系统作为电动车辆最先进的 驱动方式之一,已受到广泛的关注.轮毂电机又称为 车轮内装式电机.它直接把电动机安装在车轮轮毂 中,简化了整车结构,控制简单直接,也提高了传动 效率,更容易实现机电一体化. 永磁式电机以其体积小,结构简单等优点,而成 为毂电机的首选但过去受永磁体性能的影响,永磁 电机的性能难以满足实际的要求.随着高性能,低成 本永磁 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的出现,以及现代控制理论和电子电力 技术的发展,永磁电机的性能有了很大的提高.但受 动力电池性能的制约.不但要求电机控制系统响应 迅速,鲁棒性能好.还要求它能提高电池的利用率, 从而提高电机的效率.针对以上要求,将注入3次谐 定稿日期:2O08—08—3l 作者简介:卢智峰(1982一),男,广东人,硕士研究生,研究方 向为电动汽车驱动理论及控制技术. 20 波为三角波的SPwM技术应用到永磁轮毂电机矢量 控制系统中,可以提高直流电压的利用率.该方法简 单易行.使电机的输出转速和效率等均有所提高,从 而可使车辆获得更优的输出性能. 2轮毂电机矢量控制系统介绍 电机控制系统通过矢量控制来控制定子电流, 即通过磁场定向控制定子电流的两个分量,以达到 控制定子电流空间矢量幅值和相位的目的….为了准 确获得磁极位置.采用霍尔位置传感器跟踪磁极位 置.以获得位置信号并进行坐标变换,然后通过PI 控制器对电流误差进行调节,经反坐标变换后得出 三相电流值,再通过SPWM控制技术,输出期望的 各相电流值.整个系统结构简单,实用性强.矢量控 制系统框图如图1所示. 图l电机矢量控制系统 2.1永磁电机的矢量控制 利用矢量控制理论可以实现转矩和磁通的解 耦.并可根据期望得到的性能要求分别进行控制. 电动车轮毂水磁电机SPWM矢量控制系统研究 永磁电机的矢量控制原理和交流电机类似.空间矢利用率低的缺点.这里采用3次 谐波为三角波的 量关系如图2所示.矢量控制先通过采集磁极位置SPwM注入法以提高直流电压 利用率. 信号,然后进行d,q轴坐标变换,得出转矩电流和励3.13次谐波为三角波注入法的 SPWM 磁电流.其变换公式为:采用3次谐波为三角波注入法的SPAM,可以 ?募嘉醐利胖桩榭刻桃压 逆变换公式为:fum r]rcos-_sin].{in(23)(3) w=in(2盯/3) I/导Ic0s(__sin(l(2)【 Lj'Lcos(-2._sin(卜2.】式中:为电压幅值. 式中:忸肿;为t=0时刻d轴和A轴的夹角. 图2永磁电机的空间矢量 永磁电机的磁场由永磁体产生,因此无需电励 磁,永磁电机控制系统通常采用d=0的控制方法,即 如图2所示,则此时z=,调节即可调节.从而容 易实现对电机转矩,速度等的控制.采用,F0控制 时,电流的调控简单,但要求控制系统能准确判断磁 场位置.采用位置传感器可以实时检测磁极位置,有 利于磁场定向,提高控制效果. 2.2位置传感器 目前使用的转子位置传感器主要有磁敏式,电 磁式,光电式,接近开关式,旋转编码器式等I3l.最常 用的位置传感器是霍尔元件位置传感器,它是根据 半导体薄片的霍尔效应来工作的. 对于星形三相六状态永磁无刷电动机.3个霍 尔元件安装的空间彼此相隔l20.电角度.永磁体的 极弧宽度为180.电角度.当电机转子旋转时,3个霍 尔元件便交替输出3个180.电角度,相位互差l20. 电角度的矩形波信号. 3SPWM控制技术 正弦脉冲宽度调制(SPWM)采用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 正弦波作 为PWM调制波.是目前应用最为广泛的逆变控制 技术.全桥SPWM逆变电路如图3所示. 图3三相全桥正弦波逆变器主电路 与方波逆变相比.sPWM逆变具有电路输出电 压的调节更方便,输出谐波性能较好的优点,但同时 存在着直流电压利用率低,器件开关损耗较高等缺 点.采取过调制,谐波注入等方法可以解决直流电压 分别取其最大值,=maX(",u,u)和最小值 ,=min(,?,"),然后求和平均得: 1 e:?(+)(4)二 以各相与之差作为新的调制波,则各相调制 波为:"一?,?;=广.,Mw.-.对u相电压进行 分析.得出半周期新的电压函数为: fM()={【3/2)inV3,2)in(30.) ,/了/2)in(—3O.) 3,2)Umsin 0<?1T/6 (5) 1T,2<?51T,6 51T/6<8?1T 根据"()画出的u相波形图如图4所示,其中 假定l,频 l+. 率调制比为15. 图4u相波形 由图4可见,当采用的正弦波调制比m1时, 新的电压函数u()调制波的调制比m<l,计算得 到m.,-0.866.即当他r-1,对其逆运算可得电压的基 波幅值为原来的1.15倍.电压的利用率提高了 l5%.图5为m.r_l时注入3次谐波为三角波的 SPWM示意图. ' 图5注入3次谐波的SPWM不意图 3.2软件实现方法 由式(3),(4)可见,以,,代替原来,", M作调制波,即可获得注入3次谐波为三角波的 SPwM波形.软件中只需对逆坐标变换后的三相电 流的最大值和最小值求平均,?,,与该 平均值之差即为,u,u,由此可见,控制方法软件 设计简单易行.(下转第54页) 21 第42卷第10期 2008年l0月 电力电子技术 PowerElectmnics V01.42.N0.10 0ctober.20HD8 (上接第21页) 4实验结果 实验采用23对极的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面粘贴式三相永磁轮毂 电机,额定电压为48V.额定功率为2kW.最高转速 可达l000r/min.下面分别对传统的SPwM技术和 注入3次谐波为三角波的SPWM技术进行'测 试,然后对其结果进行分析比较 4.1变负载时 以下实验数据是在加载的相同电压条件下获得 的,负载范围在l0,30N?m之间.图6示出负载下 的实验波形 }入ffj波^的wM/ \// ,/\ f'统SPwM N?m a)州々々的l流线t蔬 —\m \ /,\ f0统sPM\ 0510J52O25j0 7N?m fh)Il4转mF的转速 N?m {c)圳转的效率 图6负载时实验结果 实验结果表明,与传统SPWM技术相比,注入 3次谐波后,.更大,转速n与效率都有所提高. 由图6可见,采用3次谐波注入的SPWM方法后,,【 和,相当于传统SPWM整体向上平移.经计算所 得,3次谐波注入后的电流值约为传统SPWM的 1.08倍,转速约为传统sPwM的1.038倍 4.2同负载下三相电流和直流电流的比较 图7示出不注入3次谐波为三角波的sPWM 时的相电流绝对值jJ和直流母线电流,以及注 入3次谐波为三角波的SPwM后的相电流绝对值 ll和直流母线电流,d的实际波形.实验过程中加载 的电压不变.在25.5N?m时测得电流曲线.由图可 见,在相同负载下,注入3次谐波的SPWM控制其. 54 和比传统sPwM的大;从三相电流绝对值f之 和的;图形来看,注入3次谐波后.转矩脉动也相对较 大出现这一结果主要的原因是注入3次谐波并不 是为了消除SPWM的低次谐波.而是通过加入谐 波,使基波幅值增加,同时使其余各次偕波均有一定 的增加当然.电机的输出性能也有影响, 65 55 45 35 25 (J0()5O.()10015 《a)u{L流J卡Ii电I绝刈(的私l t,t儿{{l{{j) ,s (b)"流_[:=}线LU流 图7同负载下的电流比较 5结论 提出注入3次谐波为三角波的SPwM控制技 术,其控制方法简单,容易实现,在不改变电机机械 特性的条件下可以提高电机的输出转速,效率等性 能.但由于3次谐波的引入,低次谐波成分更丰富, 使三相不平衡现象加剧,转矩脉动明显.但在要求转 矩脉动相对较低.而电机有较高输出效率和较大输 出功率的场合,使用该方法可以获得很好的效果. 参考文献 [1】徐德鸿,马皓.电力电了技术【MJ.北京:科学出版社, 2007:134—199. 【2】王成元,夏加宽.电机现代控制技_术【M].北京:机械工业出 版社.20HD6. 【3】王秀和.永磁电机fM].北京:中国电力出版社,2007. 【4】李钟明,刘卫国.稀土永磁电机【M1.北京:国防T业出版 社.2001.