混合动力汽车用直流电机控制方法概述

《混合动力汽车用直流电机控制方法概述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、混合动力汽车用直流电机控制方法概述第一章绪论1.1课题的研究背景及意义在对环境保护日益重视的今天，汽车的尾气排放问题无疑成为汽车界争相改善的问题，于是各种各样的电动汽车进入市场，虽然人们普遍认为电动汽车是最环保、最节能的，但是由于目前的电池技术阻碍了电动汽车的发展，所以混合动力汽车应运而生。混合动力汽车是将电动机与辅助动力单元组合在一起作为汽车的驱动装置，辅助动力单元一般就是一台小型的发动机。这种结构可以使发动机始终工作在最佳状态，发挥其动力性好，持续工作时间长的优点，又能结合电动机无污染、低噪声的优点，可以使汽车的热效率提高10

2、%以上，废气排放也可改善30%以上[1]。混合动力汽车有串联式、并联式和混联式三种结构。串联式的汽车完全由电动机驱动，要求简单、易于实现；并联式电动机和蓄电池都控制在最小范围内，有利于控制成本和质量；而混联的形式比较接近电动车，所以燃油经济性较好[2]。其中对电机的选择和控制都有很高的要求。在所有类型的电机中，直流电动机具有调速性能好、运行效率高、起动转矩大、过载能力强、动态特性好等诸多优点[3]。但传统的直流电动机由于电刷和换向器的存在，存在一些缺陷。（1）复杂的结构限制了直流电动机向体积小、重量轻的发展；（2）由于电机是机械换

3、相，电刷与换向器之间不断摩擦，容易产生火花，从而产生电磁干扰；（3）转子上装有换向器，会受到电刷的压力，这就增加了转子长度和重量，在一定程度上影响了电机的动态特性，上述这些缺点都限制了直流电动机的应用和发展。而交流电动机虽然结构简单，寿命长，运行可靠，成本低廉等优点，但与直流电动机相比较，其调速性能差，效率低，起动转矩小，不适合频繁启动的场合[4]。..1.2无刷直流电机的发展及国内外研究现状1917年，Boliger提出了用整流器代替有刷直流电动机的机械电刷，产生了无刷直流电动机的基本思想。此后半导体技术的快速发展极大地推动了无

4、刷直流电机的发展。1955年，D•Harrison等人申请了用晶体管换向电路代替电动机机械换向装置的专利，标志着永磁无刷直流电机的诞生，但没能应用到实际生产中。1962年，一种使用霍尔元件来实现换向的无刷直流电动机研制成功。70年代以来，电力电子工业的飞速发展，促进了许多高性能半导体功率器件的出现，如MOSFET、IGBT等，广泛的应用于无刷直流电机。我国对无刷主流电机的研究从20世纪70年代初期开始，主要是科研院所和高等院校对其进行研究。我国最早开发无刷直流电机的单位是原电子部21所，通过总结多年的研究成果，撰写并出版

5、了我国最早公布的无刷氩流电机专著，对我国无刷直流电机的发展起到了重要的促进作用。风机系列产品是在我国最先大批量生产和应用的，这种产品具有效率高、噪声低、运行平稳、寿命长等优点，一经生产就获得了大量应用[7]。近年来，我国不仅在家用电机和车用电机等领域开发出了新机型，在军事运用方面也已开发出各种特殊用途的无刷直流电动机[8]。但由于好多因素的限制，特别是制造元器件工艺水平与国际水平还存在一些差距，目前我国的无刷直流电动机综合指标相较于国际水平偏低。第二章无刷直流电机及其控制算法2.1无刷直流电机的结构和工作原理BLDCM的定子和转子

6、分别产生的磁场是同频率的，所以BLDCM不会出现频差现象。BLDCM有单相、两相和三相三种，相类型决定了定子线圈绕组的多少[8]。本文要讨论的是应用最为广泛的三相BLDCM，并以星形方式连接。与有刷直流电机不同的是，无刷直流电机使用电子方式换向，要使BLDCM有序转动，就需要知道转子的位置以便按照通电次序给相应的定子线圈通电。通常会在转子的旋转路径周围安装3个霍尔传感器，间隔60°或120°，按圆周分布。当转子的磁极经过霍尔元件，根据转子当前磁极的极性霍尔元件会输出对应的高电平或低电平，这样只要根据3个霍尔元件产生

7、的电平的时序就可以判断当前转子的位置，并相应的对定子绕组进行通电[16]。霍尔传感器由霍尔元件和信号处理电路组成，传感器输出的三相霍尔信号波形的占空比为50%，即高低电平所占的时间相同。另外，霍尔元件经过信号处理电路输出为集电极开路，使用时需要接上拉电阻[17]。..2.2无刷直流电机数学模型由上一节的介绍可知，无刷直流电机由电机本体、转子位置检测和电子开关三部分组成，假定无刷直流电机工作在两相导通星形连接六状态下，反电动势波形是平顶宽度为120°电角度的梯形波，忽略磁路饱和，不计涡流和磁滞损耗，忽略齿槽效应，不考虑电枢反

8、应，三相绕组完全对称[19]。因为BLDCM的反电动势波形是梯形波，从而造成定子和转子间的互感是非正弦的，因此将BLDCM三相方程变换为D-Q方程比较困难[20]，所以直接利用电动机原有的相变量，即a-b-c坐标系来建立数学模型比较方便。以定子绕组