HEV用永磁同步電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與系統(tǒng)性能分析.pdf

1、本文圍繞混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)用永磁同步電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與系統(tǒng)性能分析展開。 首先，闡述了HEV的研究背景和研究意義，討論了國(guó)內(nèi)外HEV發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，介紹了目前電動(dòng)汽車的主要類型，選擇研究混聯(lián)式結(jié)構(gòu)HEV，分析了HEV的幾個(gè)方面的主要技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，包括電池及電池管理系統(tǒng)、雙向大功率DC/DC變換器拓?fù)浼夹g(shù)與控制、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制、多能源控制策略與整車管理以及HEV的仿真技術(shù)。詳細(xì)介紹了HEV用永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、弱

2、磁控制以及無位置傳感器控制三方面的發(fā)展現(xiàn)狀。通過分析各種電機(jī)性能以及永磁同步電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，為混聯(lián)式HEV選擇了兩臺(tái)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)MG1和MG2。 接著，在Prius混聯(lián)結(jié)構(gòu)HEV發(fā)電機(jī)單向功率流動(dòng)基礎(chǔ)上提出了復(fù)合式混聯(lián)結(jié)構(gòu)HEV，特點(diǎn)是兩臺(tái)永磁同步電機(jī)均參與電動(dòng)發(fā)電能量功率雙向流動(dòng)，工作模式更多，效率進(jìn)一步提高。通過分析復(fù)合式混聯(lián)式結(jié)構(gòu)HEV能量雙向流動(dòng)的各種運(yùn)行工況對(duì)兩臺(tái)內(nèi)置式混合結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)MG1和MG2的要求，

3、借助ANSOFT軟件對(duì)所選用的兩臺(tái)內(nèi)置式混合結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)MG1和MG2進(jìn)行初始參數(shù)計(jì)算和重要參數(shù)的優(yōu)化分析，并對(duì)起動(dòng)、助動(dòng)、發(fā)電和純電動(dòng)運(yùn)行等10多種運(yùn)行工況進(jìn)行瞬態(tài)仿真分析，仿真結(jié)果滿足了各種運(yùn)行工況要求，其中制動(dòng)能量回收效率達(dá)到了39％。 其次，分析內(nèi)置式永磁同步電機(jī)輸入輸出量與電機(jī)轉(zhuǎn)子位置量之間關(guān)系，在快速、準(zhǔn)確和容易測(cè)量的選擇原則基礎(chǔ)上選擇了包括電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)下的電瞬態(tài)在內(nèi)的瞬態(tài)反電勢(shì)數(shù)據(jù)來確定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。通過

4、分析不同狀態(tài)反電勢(shì)與發(fā)電電動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速和位置關(guān)系，首次提出了三個(gè)反電勢(shì)之間的歸一化方法，歸一化后數(shù)據(jù)與反電勢(shì)大小無關(guān)，從而突破了低速反電勢(shì)小誤差大的難題，根據(jù)反電勢(shì)數(shù)據(jù)周期性創(chuàng)造性地提出了數(shù)據(jù)的復(fù)合可逆條件，很好地實(shí)現(xiàn)了靜止、機(jī)械運(yùn)動(dòng)、電動(dòng)和發(fā)電狀態(tài)下位置的精確判斷，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單方便和快速的無位置以及速度傳感器控制。同時(shí)為了克服永磁同步電機(jī)高速弱磁效率低的問題，借助于ANSOFT軟件電機(jī)設(shè)計(jì)和瞬態(tài)分析工具，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及性能分析方面提出了電動(dòng)

5、時(shí)升壓和低速?gòu)?qiáng)磁控制相結(jié)合的控制思想，基本實(shí)現(xiàn)了永磁同步電機(jī)高速不需弱磁的大范圍高效率的運(yùn)行。 再次，詳細(xì)介紹了DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了Boost模式和Buck模式下電感L和電容C電氣參數(shù)以及占空比D和開關(guān)頻率f控制參數(shù)對(duì)非隔離式DC/DC變換器輸出特性影響，分析了電壓SPWM控制、空間電壓矢量PWM(SVPWM)控制以及電流跟蹤PWM控制三種常見的逆變器PWM控制方法的特點(diǎn)，分析了電流跟蹤控制開關(guān)頻率特性與電壓和滯環(huán)

6、寬度的關(guān)系，為電機(jī)的控制器設(shè)計(jì)包括元器件的選擇和軟件控制算法提供了理論依據(jù)，并對(duì)所設(shè)計(jì)的高性能電流跟蹤逆變器進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究，跟蹤效果良好。 最后，主要介紹了Advisor電動(dòng)汽車仿真軟件參數(shù)的設(shè)置，仿真模塊模型的數(shù)學(xué)描述和模塊的建立以及對(duì)仿真軟件的介紹，最后在Advisor的Prius混聯(lián)式的基礎(chǔ)上進(jìn)行適合本文設(shè)計(jì)的復(fù)合式混聯(lián)結(jié)構(gòu)的二次開發(fā)，給出了整車模型、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)以及復(fù)合電源模塊。仿真工況很好地驗(yàn)證了控制策略的可行性