專利名稱：電動汽車專用開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種電動汽車專用開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)，屬于電動汽車的動力控制系統(tǒng)領域。
背景技術：
電動汽車中常用的交流電機主要有異步、永磁、開關磁阻三大類型，其中，異步電機主要應用在純電動汽車(包括轎車及客車)，永磁同步電機主要應用在混合動力汽車(包括轎車及客車)中，開關磁阻電機目前更多地應用在客車中。特別是，由于具有高效、高功率密度的特點，目前在混合動力轎車中采用的基本都是永磁同步電動機。電動汽車分為純電動、混合動力和燃料電池三種類型，無論純電動汽車、混合動力電動汽車還是燃料電池電動汽車，車用驅(qū)動電機系統(tǒng)既是關鍵技術又是共性技術。目前電動車輛有5種串勵有刷直流電機、有刷永磁直流電機、交流電機(異步電機)永磁同步調(diào)頻電機和無刷直流電機。I)有刷直流串勵電機優(yōu)點是啟動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強；缺點是需要換碳刷、高速有環(huán)火、不適宜高速運行、效率低、體積大、防護能力差、能量回饋差，主要用在電動三輪車上。2)有刷永磁直流電機優(yōu)點是比有刷直流串勵電機效率高，能量回饋好，啟動轉(zhuǎn)矩和過載能力一般；缺點是需要換碳刷、高速有環(huán)火、不適宜高速運行、效率適中、體積大、 防護能力差，主要用在電動三輪車上。3)交流電機優(yōu)點是結構簡單、電機本身可靠性高；缺點是起動轉(zhuǎn)矩小、起動電流大、電機要靠增大啟動電流來產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩，但因電池特性所限，電池難以提供大的電流，影響了電機轉(zhuǎn)矩的提升，這種電機效率低、控制復雜，能量回饋性能差。4)永磁同步電機優(yōu)點是具有較高的效率，能量回饋好；缺點是低速時轉(zhuǎn)矩無法提升，有失步問題，應用很少。5)無刷直流電機優(yōu)點是電機外特性好，電機體積小、重量輕，速度范圍寬，缺點是電機本身比交流電機復雜，運行電流大，特別是電機磁鋼易退磁，降低了電機與電池的作用壽命?，F(xiàn)有的開關磁阻調(diào)速電機系統(tǒng)(Switched Reluctance Driver,簡稱SRD)是以現(xiàn)代電力電子與微機控制技術為基礎的機電一體化產(chǎn)品。SRD具有如下技術特點I、效率高，節(jié)能效果好。在所有的調(diào)速和功率范圍內(nèi)，SRD效率都可達到85%以上，整體效率比交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)(簡稱變頻調(diào)速)至少高10%以上，在低速工作的狀態(tài)下其效率能夠提高20 30%以上。與直流調(diào)速、串級調(diào)速、電磁調(diào)速等系統(tǒng)相比，SRD節(jié)電效果更明顯。2、起動轉(zhuǎn)矩大，特別適合于那些需要重載起動和負載變化明顯并且頻繁的場合。 SRD控制器從電源吸收較少的電流，在電機可得到較大的起動轉(zhuǎn)矩，起動轉(zhuǎn)矩達額定轉(zhuǎn)矩的 150%時(車用300% )、起動電流僅為額定電流的30%，比之直流電動機的100%電流獲得100 %的轉(zhuǎn)矩的性能，優(yōu)勢非常明顯。3、調(diào)速范圍廣。SRD電動機可以在低速下長期運行。由于效率高，在低速下的溫升程度比額定工況時還要低。此外，SRD電動機最高轉(zhuǎn)速不會像交流電動機那樣受極數(shù)的限制，可以根據(jù)實際需要靈活地設定最高轉(zhuǎn)速，最高轉(zhuǎn)速可達lOOOOrpm。4、可頻繁正、反轉(zhuǎn)，頻繁起動、停止，電動車等應用場合。5、起動電流小，避免了對蓄電池的沖擊，在整個工作范圍內(nèi)，其起動電流小于額定電流。6、電機結構簡單、堅固、制造工藝簡單，成本低。工作可靠，能適用于各種惡劣、高溫甚至強振動環(huán)境，不存在直流永磁電機的退磁現(xiàn)象。7、由于控制器中功率變換器與電機繞組串聯(lián)，不會出現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)功率變換器可能出現(xiàn)的直通故障，可靠性大為提高。由于SRD復雜的非線性電磁特性，運行控制的關鍵就是要實時檢測轉(zhuǎn)子磁極位置以確定不同轉(zhuǎn)速下的定子各相開關角，開關角的調(diào)整是SRD的主要控制參數(shù)和手段，甚至可以獨立控制SRD的運行。目前一般工業(yè)用SRD的控制方法是用各種位置檢測器采集信息后通過控制器的微處理實時解算轉(zhuǎn)子磁極位置查表給出事先經(jīng)實驗優(yōu)化確定的各相開關角參數(shù)，然后以相電流CCC和電壓PWM斬波方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。過程環(huán)節(jié)多、軟件復雜，對微處理器解算速度和可靠性要求高，成本高，在電動車輛驅(qū)動領域很難直接運用。電動車輛的SRD驅(qū)動系統(tǒng)，對調(diào)速精度要求低但對可靠性和效率要求高；各相開關角的控制參數(shù)和解算還直接關系到電動車輛的安全性，因而應十分警惕過于依賴微處理器控制汽車核心驅(qū)動系統(tǒng)。表I比較了三類電動汽車用調(diào)速系統(tǒng)。表I三類電動汽車用調(diào)速電機系統(tǒng)比較
權利要求
1.一種電動汽車專用開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)，包括控制器、功率變換器、電動機和傳感器，其特征在于所述的控制器的輸出端連接功率變換器的控制端，輸出控制信號，控制器的輸入端連接外部給定；所述的功率變換器的輸出端連接電動機，其輸入端連接蓄電池組；所述的電動機為開關磁阻電機，開關磁阻電機的定子/轉(zhuǎn)子極數(shù)為24/16極，開關磁阻電機的輸出軸連接負載；所述的傳感器包括電流檢測器和位置檢測器，電流檢測器用于檢測開關磁阻電機的運行電流，位置檢測器設置在開關磁阻電機內(nèi)部，檢測轉(zhuǎn)子與定子的相對位置 以及轉(zhuǎn)速信號， 電流檢測器和位置檢測器的輸出端分別連接控制器的輸入端。
2.根據(jù)權利要求I所述的電動汽車專用開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的控制器通過單片機、數(shù)字/模擬電路以及外圍電路設置信號連接的起動及給定電路、給定積分器、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、脈寬調(diào)制電路、電流限幅電路和通電邏輯電路；電流信號經(jīng)過電流檢測器檢測以后，輸入電流限幅電路進行平穩(wěn)性處理，再通過通電邏輯電路驅(qū)動功率變換器輸出；轉(zhuǎn)子與定子的相對位置信號經(jīng)過位置檢測器檢測以后，通過測速輸入速度調(diào)節(jié)器進行處理，同時轉(zhuǎn)子與定子的相對位置信號輸入通電邏輯電路驅(qū)動功率變換器輸出；外部給定信號經(jīng)過起動及給定電路輸入，經(jīng)過給定積分器、速度調(diào)節(jié)器處理后，輸入電流調(diào)節(jié)器控制輸出電流，控制脈寬調(diào)制電路輸出，同時速度調(diào)節(jié)器的輸出信號輸入通電邏輯電路，構成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，驅(qū)動功率變換器輸出。
3.根據(jù)權利要求2所述的電動汽車專用開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的控制器設置由數(shù)碼管或/和發(fā)光管構成的操作顯示電路，操作顯示電路的輸入端連接控制器的數(shù)據(jù)輸出端。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的電動汽車專用開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述的功率變換器采用不對稱半橋結構，功率開關元件為IGBT，功率開關元件IGBT與開關磁阻電機繞組相串聯(lián)。
5.根據(jù)權利要求I所述的電動汽車專用開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于所述蓄電池組為120V的鉛酸蓄電池供電系統(tǒng)，所述開關磁阻電機的參數(shù)為額定功率10KW，相電流有效值85A，相感應最大值L 2mH，額定轉(zhuǎn)速3000rpm，相感應最小值0. 12mH。
全文摘要
電動汽車專用開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)，屬于電動汽車的動力控制系統(tǒng)領域。其特征在于控制器的輸出端連接功率變換器的控制端，控制器的輸入端連接外部給定；功率變換器的輸出端連接電動機，其輸入端連接蓄電池組；SRM的定子/轉(zhuǎn)子極數(shù)為24/16極，開關磁阻電機的輸出軸連接負載；傳感器包括電流檢測器和位置檢測器，位置檢測器設置在開關磁阻電機內(nèi)部，電流檢測器和位置檢測器的輸出端分別連接控制器的輸入端。通過有針對性地對現(xiàn)有SRD進行了整體性一致性改進，符合車輛工況的負載特性，瞬時功率大，過載能力強，加速性能好，調(diào)速范圍寬廣，改善了電機在低速轉(zhuǎn)矩的波動問題，降低了SRM的噪聲，延長了電池壽命，節(jié)電效果顯著，符合電動汽車用電機的要求。
文檔編號H02P6/10GK102611369SQ201210072580
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權日2012年3月19日
發(fā)明者馮建軍, 李明賢, 石光峰, 董義鵬 申請人:淄博安培電氣有限公司