新能源汽车功率电子基础（第2版）课件：交流电驱动控制

交流电驱动控制

目录8.1新能源汽车电驱动系统

结构、预充电、踏板行程参考转矩关系曲线8.2交流异步电机的控制原理

旋转原理、VVVF控制、矢量控制8.3永磁同步电机的控制原理

零电流策略、MPTA策略、弱磁调节、极限运行8.4电机馈电控制

机电联合制动基本概念－分类与特点交流电驱动类型（1）异步电动机驱动系统；（2）永磁同步电动机驱动系统；（3）永磁无刷直流电动机驱动系统。功能特点（1）高效率，使汽车具有高的等效燃油经济性；（2）电制动，使汽车具有更高的行驶效率；（3）即时起停，使汽车无需怠速状态；（4）高功率密度，适合汽车有限空间布置；（5）低速大转矩，使汽车具有快速启动和加速能力。8.1新能源汽车电驱动系统－技术要求图8.1理想的驱动电动机系统转速-转矩特性曲线8.1新能源汽车电驱动系统－功能结构图8.2三相交流驱动电机驱动系统的结构8.1新能源汽车电驱动系统－预充电与过压保护图8.3

预充电电路和过电压保护电路8.1新能源汽车电驱动系统－预充电与过压保护图8.4

纯电动汽车加速踏板信号与驱动电机系统峰值转矩的关系8.1新能源汽车电驱动系统－圆形旋转磁场图8.5三相交流电动机定子绕组电流生成的旋转磁场

a）ωt=0

b）ωt=2π/3

c）ωt=4π/38.1新能源汽车电驱动系统－感应电动势图8.6气隙圆形旋转磁场对定转子绕组的电磁作用:a）定子绕组线圈的感应电动势θ式中，l为定子轴向长度（m）；d为气隙直径（m）；Фg为每极磁通（Wb）；ψw为垂直于线圈AX的磁通（Wb）；t为时间（s）。式中，ew为定子线圈AX的感应电动势（V）；E为定子线圈AX感应电动势的有效值（V）；f=ω/（2π），单位Hz。kw1为定子绕组的绕组系数；Nw1为定子绕组的匝数；f1为气隙磁场交变频率（Hz）。8.1新能源汽车电驱动系统－感应电动势图8.6气隙圆形旋转磁场对定转子绕组的电磁作用:b）转子绕组线圈的电磁力式中，n1为异步电机的同步转速（r/min）；p为异步电机的极对数。n2为异步电机的转子转速（r/min）；s为异步电机的转差率。8.1新能源汽车电驱动系统－永磁体转子图8.7径向磁场永磁无刷电动机转子永磁体的常用布置方式

a）表面式转子永磁体b）内嵌式转子永磁体8.1新能源汽车电驱动系统－永磁体转子旋转原理图8.8径向磁场永磁无刷直流电机的定子相绕组通电磁场及转子的运动位置

a）a相b）b相c）c相d）a相反e）b相反f）c相反8.2三相交流异步电机的控制原理－稳态等效电路图8.9三相笼型异步电机的T型等效电路+--定子每相电压与感应电动势的关系8.2三相交流异步电机的控制原理－变频变压控制方程气隙磁通方程定子每相电压相量近似方程气隙磁通近似方程恒磁通控制弱磁调节8.2三相交流异步电机的控制原理－恒磁通控制方程图8.1理想的驱动电动机系统转速-转矩特性曲线恒转矩区，要求恒磁通控制恒转矩区变电压，变频率图8.1理想的驱动电动机系统转速-转矩特性曲线恒功率区，要求弱磁调节恒功率区8.2三相交流异步电机的控制原理－弱磁调节方程电压恒定，弱磁升速8.2三相交流异步电机的控制原理－VVVF案例（1.1）Udc图8.10三相笼型异步电机VVVF开环控制的逆变器功率电路模型图8.11三相笼型异步电机VVVF开环控制的SPWM信号发生电路模型8.2三相交流异步电机的控制原理－VVVF案例（1.2）图8.12三相笼型异步电机的VVVF开环控制波形SPWM信号发生器（1）线电压参考信号Ulref:幅值1V，频率30Hz，初始相位角0°；（2）载波信号Ucar:幅值1V，频率5000Hz，占空比50%；（3）线电压有效值Ulnom:380V；（4）线电压参考频率fref:30Hz；（5）直流母线电压：650V。时间控制参数（1）步长：10ms；（2）时间：4s。8.2三相交流异步电机的控制原理－模型等效方法图8.13三相异步电机的动态数学模型简化流程定转子磁链是转子转角的三角函数，且定转子磁链耦合三相静止坐标系定转子磁链解耦两相旋转坐标系8.2三相交流异步电机的控制原理－坐标变换Clarke变换（3/2坐标静止变换）Park变换（2/2坐标旋转变换）图8.14坐标变换:a）Clarke变换b）Park变换θ=ωt8.2三相交流异步电机的控制原理－dq动态数学模型任意转速dq坐标下定转子电压方程任意转速dq坐标下定转子电压方程任意转速dq坐标电磁转矩方程鼠笼式感应电动机转子电压方程转子磁链定向方程8.2三相交流异步电机的控制原理－转子磁场定向dq两相同步旋转坐标系任意转速dq坐标电磁转矩方程解耦控制MT坐标系励磁电流方程转矩电流方程转差频率方程8.2三相交流异步电机的控制原理－间接矢量控制MTMT8.2三相交流异步电机的控制原理－间接矢量控制框图图8.15基于同步转速的间接转子磁链定向的三相IM矢量控制系统原理框图8.2三相交流异步电机的控制原理－IRFOC案例（1.1）图8.16三相IM间接矢量控制系统仿真模型8.2三相交流异步电机的控制原理－IRFOC案例（1.2）图8.17三相IM间接矢量控制系统的仿真波形:

a)转速b)定子电流c)转矩IRFOC（1）SPWM滞环比较器；（2）载波信号频率：10kHz；（3）直流母线电压：500V;（4）d-q轴PI电流调节器。时间控制参数（1）步长：1us；（2）时间：2s。8.3永磁同步电机的控制原理－动态数学模型定子电压方程定子磁链方程图8.22正弦波永磁同步电机的两相同步旋转坐标系物理模型电磁转矩方程永磁转矩磁阻转矩转子磁链定向于d轴8.3永磁同步电机的控制原理－零电流矢量控制方程图8.22正弦波永磁同步电机的两相同步旋转坐标系物理模型8.3永磁同步电机的控制原理－MTPA矢量控制方程拉格朗日优化函数极值化拉格朗日函数拉格朗日函数下的交直轴电流方程电磁转矩方程下的交直轴电流方程8.3永磁同步电机的控制原理－弱磁调节方程恒功率区8.3永磁同步电机的控制原理－电压椭圆极限方程定子电流约束方程运行极限图8.3永磁同步电机的控制原理－极限运行轨迹图8.26正弦波永磁同步电机矢量控制定子电流的极限MTPA8.3永磁同步电机的控制原理－矢量控制案例（1.1）图8.23正弦波永磁同步电动机的矢量控制原理框图8.3永磁同步电机的控制原理－矢量控制案例（1.2）图8.24正弦波永磁同步电动机矢量控制系统的仿真模型ucarrier（1）三相永磁同步电动机极对数2；（2）定子相电阻(Rs)为0.215Ω；（3）定子直轴电感(Ld)为7.75mH；（4）定子交轴电感(Lq)为17.75mH；（5）线电压反电动势为98V/(K∙r/min)。8.3永磁同步电机的控制原理－矢量控制案例（1.3）图8.31再生协调制动器工作特性8.4电机的馈电控制－机电制动联合调节本章知识点8.1 新能源汽车电驱动系统8.2 三相交流电动机工作原理8.3 三相鼠笼式感应电动机矢量控制

（1）同步转速旋转动态数学模型；

（2）磁场定向：定向转子磁场于d轴；

（3）IROFC控制方法。8.4