基于雙定子永磁電機(jī)的混合動(dòng)力汽車(chē)
調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真
陳牧,程明,王玉彬
(東南大學(xué)電氣工程學(xué)院伺服控制技術(shù)教育部工程研究中心,南京210096)
摘要:為了提混合動(dòng)力汽車(chē)的綜合效率,提出了一種以雙定子永磁無(wú)刷電機(jī)為功率分配裝置
的新型串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的電子無(wú)級(jí)調(diào)速(E—cVT)系統(tǒng)。在分析電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上搭建了雙定子永磁無(wú)刷電機(jī)(DSPMBL)的Matlab/Simulink仿真模型,同時(shí)引入了按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制策略,建立了該新型混合動(dòng)力汽車(chē)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真模型,并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明,該調(diào)速系統(tǒng)不僅具有E—CVT的功能,而且可以有效地提高整車(chē)效率。
關(guān)鍵詞:雙定子;永磁電機(jī);混合動(dòng)力汽車(chē);電子無(wú)級(jí)調(diào)速;仿真
引言
混合動(dòng)力汽車(chē)(Hybird Electric Vehicles,HEVs)既克服了純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程短、價(jià)格昂
貴等缺點(diǎn),又能夠大幅減少汽油消耗,降低尾氣排量,為當(dāng)前能源和環(huán)境問(wèn)題的解決提供了一種新思路[1-2]。串聯(lián)式HEVs具有獨(dú)立于汽車(chē)行駛工對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的優(yōu)點(diǎn),從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)可穩(wěn)定工作于高效區(qū)或低排放區(qū)。但是,由于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能,再由電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē),途經(jīng)兩次能量轉(zhuǎn)換,因此串聯(lián)式HEVs的綜合效率相對(duì)較低[3]。針對(duì)上述缺點(diǎn),本文提出了一種以雙定子永磁無(wú)刷(DSPMBL)電機(jī)為功率分配裝置的新型電子無(wú)級(jí)調(diào)速(E—CVT)系統(tǒng),充分利用DSPMBL電機(jī)高效率、高功率密度的優(yōu)點(diǎn)[4-6],以提高HEVs的整車(chē)效率。
1 基于DsPMBL電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文提出的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)E—CVT系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)、DSPMBL電機(jī)和異步電機(jī)三部分組成。它們之間用串聯(lián)方式組成汽車(chē)動(dòng)力單元系統(tǒng)。E一CvT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示。
DsPMBL電機(jī)是該系統(tǒng)中的核心部分。圖2為OSPMBL電機(jī)結(jié)構(gòu)示意。圖中,DsPMBL電機(jī)主要身內(nèi)、外定子,內(nèi)、外永磁體和轉(zhuǎn)子鐵心環(huán)及轉(zhuǎn)曲等組成。內(nèi)、外永磁體分別粘貼在鐵心環(huán)的內(nèi)、N、s極交錯(cuò)排列。
2 DSPMBL電機(jī)數(shù)學(xué)模型
鑒于DsPMBI.電機(jī)具有內(nèi)外兩套定子繞組,其數(shù)學(xué)模型也分為內(nèi)外兩部分。在分析該電機(jī)時(shí),假設(shè)電機(jī)具有正弦反電動(dòng)勢(shì)波形,不考慮磁路飽和,忽略渦流損耗和磁滯損耗。需要指出的是,由于內(nèi)外定子間永磁體和氣隙的存在,內(nèi)定子與外定子的互感可以忽略不計(jì),因此,可以得到DsPMBI.電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)外定子繞組有:
式中,eA,UA,iA,RA, LA分別為外定子A相繞組的反電勢(shì)、端電壓、電樞電流、電阻、自感;eB,uB,iB,RB,LB分別為外定子B相繞組的反電勢(shì)、端電壓、電樞電流、電阻、自感;ec,Ucic、Rc、Lc分別為外定子c相繞組的反電勢(shì)、端電壓、電樞電流、電阻、自感;T1為負(fù)載轉(zhuǎn)矩;Iem為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩;ωm為電機(jī)的機(jī)械角速度(rad/s);J。為轉(zhuǎn)子或傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;Kω為摩擦系數(shù)。
對(duì)DSPMBL電機(jī)內(nèi)定子繞組有:
式中,ea,Ua,ia,Ra,La分別為內(nèi)定子A相繞組的反電勢(shì)、端電壓、電樞電流、電阻、自感;eb,Ub,ib,Rb,Lb分別為內(nèi)定子B相繞組的反電勢(shì)、端電壓、電樞電流、電阻、自感;ec,Uc,ic,Rc,
Lc分別為內(nèi)定子c相繞組的反電勢(shì)、端電壓、電樞電流、電阻、自感;T1為負(fù)載轉(zhuǎn)矩;Tem為電磁轉(zhuǎn)矩;ωm為電機(jī)的機(jī)械角速度(rad/s);Js為轉(zhuǎn)子或傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;Kω為摩擦系數(shù)。
3 E—CVT系統(tǒng)模型
根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,將各個(gè)環(huán)節(jié)加以分解細(xì)化,可以獲得搭建Madah/simulink仿真模型。基于DSPMBL,電機(jī)的E—cvT系統(tǒng)模型主要由DsPMBL電機(jī)本體、控制及驅(qū)動(dòng)電路和功率變換器等主要 |