电动汽车用感应电机高效双模式控制策略研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sinox2006
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目前对效率优化的迫切要求在有限能源供电的领域相当突出。如在国内外引起人们广泛关注的电动汽车领域,其电驱动系统为电池供电,因而不但要求驱动电机体积小、重量轻、动态响应快,而且要有尽可能高的运行效率以提高电池一次充电的续驶里程。感应电机以其制造工艺成熟、可靠性高、价格低廉的优势在电动汽车电驱动系统中受到广泛重视,因此,如何进一步提高感应电机效率,已经成为人们关注的重要课题。感应电机在额定工作点附近运行时效率较高,若轻载运行时仍保持额定磁通,由于铁损和由励磁电流产生的定子铜损保持不变,电机的运行效率和功率因数会明显下降。因此,对于长期轻载运行于城市平坦道路的轻型纯电动汽车,可以通过合理分配励磁电流与转矩电流的大小,有效提高电动汽车在轻载时的效率,以延长续驶里程。普通的变频调速装置大多采用恒 V/F控制,虽然这种变频调速系统具有构造简单、价格低廉的优点,但不能使电机处于最经济的运行状态。磁场定向矢量控制在实际应用中,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电机参数的影响较大,且在等效直流电机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想的结果,而且矢量控制变频调速通常也采用恒磁通控制,轻载时效率低的问题仍然存在。  本文针对广泛应用于电动汽车驱动系统中的感应电机,根据电动汽车自身特性及行驶特点,结合效率优化控制和转差频率控制理论,提出了具有双模式的控制策略。轻载时采用弱磁控制模式,利用最大转矩电流比控制方法,保持电机转差频率为最优转差频率,通过调节定子电压幅值来实现电流的闭环控制,间接控制转矩,此模式可以有效地降低铁损与励磁电流产生的定子铜损,提高了感应电机运行效率,延长电动汽车的续驶里程;爬坡或加速时励磁水平快速恢复到额定值并保持恒定,通过调节电机转差频率来实现电流的闭环控制,此模式不仅保证电动汽车的大转矩输出,而且有效提高转矩动态跟随性能与加速性能。本文基于MATLAB/SIMULINK仿真软件,对所提出的控制策略进行了仿真验证,并对轻载时恒磁通控制与弱磁控制进行了仿真对比。此外,研制了一台适用于轻型电动汽车的低压大电流控制器,完成了硬件调试,在此基础上,设计了一种工程实现算法,编制程序进行了大量台架实验与装车实验。仿真和实验结果验证了本文所提出方法的有效性和实用性,既实现了电动汽车感应电机轻载时效率优化,又保证了系统具有较快的动态响应性能,同时两种控制模式能够实现快速平滑过渡。
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