電動車用感應電動機驅動系統設計
王毅，王立國，徐殿國
(哈爾濱工業大學，廣東深圳518055)
摘要：根據電動車對電機驅動控制系統的技術要求，設計了一套三相感應電動機驅動器。該驅動器利用一種含微分運算的矢量控制方法，提高了控制系統的魯棒性。實驗表明：控制器可滿足電動車的高功率密度、高轉速、快速動態調速性能等技術指標。
關鍵詞：感應電動機；轉子時間常數；電動車；矢量控制
中圖分類號：TM346 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7018(2008)07-0045-02
0引 言
電機及其驅動系統是電動車的核心部分，它體現了一個國家的電機制造水平和控制水平。國外在這方面已做了多年的研究，目前已有一些成熟的控制系統，但國內僅在近幾年才涉足該領域[1-3]。電動車所用電機可分為永磁同步電動機、磁阻電動機及感應電動機等多種，鼠籠式感應電動機因具有價格低、維護簡單、結構體積小等優點，故它在電動車領域中被廣泛采用，本文的驅動控制系統就是針對該種電機設計的。由于電動車系統要求電機控制部分應具有較高的動態響應速度及較小的靜態誤差，因此本文在功率輸出部分采用了大功率IGBT三相逆變橋的結構[4]，其中IGBT的開關頻率可達到10kHz。為提高對IGBT驅動的可靠性，驅動電路采用了模塊形式。為了能實現較復雜的控制算法，中央處理器選用TI公司專門用于電機控制的DSPF2407A芯片。在對感應電動機的控制策略方面，由于磁場定向矢量控制方法發展得比較成熟，其控制性能可滿足電動車系統的要求，因此本文采用了該方法。為了抑制電機參數變化對控制系統性能的影響，本系統采用了一種改進的含微分運算的磁場定向控制算法[5,6]。
1 感應電動機驅動系統
由于電動車的供電電源為鋰電池，而三相感應電動機需要的工作電源為三相對稱、可調幅調頻的正弦電源，因此，在電機驅動器中必須把直流電源逆變成三相交流電源。本文的電動車電機驅動系統主電路結構如圖1所示。三相感應電動機的額定功率為23 kW，峰值功率可達60 kW。車載鋰電池的額定輸出電壓為310 V，系統允許電壓工作范圍為250～350 V。
圖1中由1、2、3部分組成三相橋臂，可通過控制IGBT的驅動信號實現將直流母線電壓轉換為三相正弦PWM脈沖的任務；反之，在剎車制動期間，也可將此三個橋臂作為高頻整流器使用，即將電機發出的三相正弦電壓轉換成直流電壓，從而對電池進行回饋充電。圖中第4部分為能量回饋控制電路，即可以根據電池電壓的具體情況來控制電池充電電流的大小。本文采用IcBT作為三相逆變橋的功率單元，其額定電流為300 A，****可達400A(低溫)，耐壓為1 OOO V。IGBT的驅動和保護電路采用了與IGBT配套的驅動模塊，每個模塊可驅動一個橋臂，并且各驅動模塊可共用一個驅動電源，這極大地簡化了驅動電路的設計，提高了系統的可靠性。
圖2為控制電路原理圖。控制電路的核心采用數字信號處理器DSP-F2407A。由DSP對電壓、電流、溫度、轉速、故障等信號進行檢測與處理，同時它還可產生PWM及其它控制信號，并可通過CAN總線與車載的其它控制模塊通信。
2 控制策略
本文采用磁場定向矢量控制方法，利用文獻[5，6]中的電機模型：
控制系統的工作原理如圖3所示。其中，虛框里的內容為本文算法的核心，勵磁控制部分由式(1)完成，轉矩控制部分由式(2)完成，磁鏈估算部分由式(3)、式(4)完成。
3 實驗結果
本文所用的鼠籠式三相感應電動機的參數為：額定輸出功率23 kW；額定輸入 |
