電動車的電動機驅動及控制技術發(fā)展概況
張萬峰 扈宏杰 付承倫(哈爾濱工業(yè)大學威海分校山東264．200)
【摘 要】概述電動車的直流電動機驅動系統(tǒng)與交流電動機驅動系統(tǒng)的不同特點，介紹應用于電動車的異步電動機驅動系統(tǒng)及控制、永磁同步電動機驅動系統(tǒng)及控制、開關磁阻電動機驅動系統(tǒng)及控制的進展。
1 引 言
20世紀60年代興起的對電動車的研究與開發(fā)在80年代末引起了研究與生產部門的極大興趣，世界上的各大汽車公司、科研機構競相開發(fā)新一代電動車。基于對環(huán)境保護、能源利用、資源消耗的綜合考慮，電動車作為一種現(xiàn)代化的新型交通工具，其研究與開發(fā)進入實用化階段，并顯示巨大的生命力。
在電動車的研究中，開發(fā)一種高效率、高可靠性和高性能的驅動系統(tǒng)是諸多技術問題的關鍵，電動車的驅動系統(tǒng)主要由蓄電池、逆變器和電動機三部分組成。目前電動車的驅動系統(tǒng)主要采用異步電動機驅動系統(tǒng)、永磁同步電動機驅動系統(tǒng)和開關磁阻電動機驅動系統(tǒng)三種交流驅動系統(tǒng)。
電動車驅動系統(tǒng)的結構有多種，從驅動控制方式可分為集中式與分布式兩種，從傳動方式又可分為直接驅動與變速器傳動驅動兩種。本文就應用于電動車驅動的電動機系統(tǒng)及控制技術作一綜述。
2 電動車的異步電動機驅動系
統(tǒng)及控制
過去開發(fā)的電動車主要采用直流電動機驅動系統(tǒng)，直流電動機系統(tǒng)調速方便，改變其輸入電壓或勵磁電流就可對其轉矩實現(xiàn)獨立的控制，進行平滑地調速，所以直流電動機調速系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性和調速品質，但是直流電動機系統(tǒng)由于電刷和換向的存在而導致以下兩方面的缺點，第一，必須進行經常性的維修和保養(yǎng)。第二，無法實現(xiàn)高速大容量。這兩方面的缺點使其在電動車驅動系統(tǒng)中的應用受到了限制。
與直流電動機驅動系統(tǒng)不同的是，異步電動機系統(tǒng)是一種強耦合、非線性、多變量的系統(tǒng)，所以異步電動機驅動系統(tǒng)需要復雜的控制規(guī)則和快速的信號處理技術。隨著控制理論、微處理技術和電力電子技術的發(fā)展，異步電動機驅動系統(tǒng)的動態(tài)特性和效率已達到了與直流電動機系統(tǒng)相媲美的水平，而其成本、可靠性、制造工藝等方面已顯示了比直流電動機系統(tǒng)更優(yōu)越，所以異步電動機調速系統(tǒng)在電動車的驅動中將占有重要的位置。
電動車的異步電動機驅動系統(tǒng)需要有優(yōu)良的動態(tài)性能和較高的效率，這是因為一方面要滿足電動車加減速時間的要求，另一方面要使電池組一次充電的行駛距離達到最遠。
目前異步電動機控制技術已逐漸完善和成熟，恒壓頻比控制、轉差頻率控制、矢量控制、自適應控制等都已在異步電動機的控制中得以應用，而電動車的異步電動機驅動系統(tǒng)的控制主要采用矢量控制技術，以實現(xiàn)對異步電動機各參量之間的解耦，通過矢量控制將異步電動機定子電流矢量i1沿著氣隙磁鏈方向及其垂直方向而建立的m、t坐標系分解為兩個互相垂直的分量im1和lt1其中im1是定子電流的勵磁分量，it1是定子電流的轉矩分量，通過這一坐標變換可以將異步電動機轉化為一個線性系統(tǒng)，對異步電動機勵磁分量和轉矩分量進行獨立控制可以使異步電動機系統(tǒng)獲得與直流電動機系統(tǒng)相似的靜態(tài)與動態(tài)特性，應用于電動車的矢量控制的異步電動機系統(tǒng)結構簡圖如圖1所示。
在圖1的控制系統(tǒng)中，傳感器獲得異步電動機的電樞電流信號與角速度信號，并通過電流磁通數字變換器計算轉子磁通位置信號θ和電流im2，定子電流的轉矩分量是由轉矩調節(jié)器根據轉矩的給定量和反饋量產生的，定子電流的磁通分量是由磁通函數發(fā)生器的輸出和轉子磁通的反饋量產生的，定子電流的轉矩分量和磁通分量通過坐標變換而產生定子三相電樞電流給定量，并通過電流型逆變器實現(xiàn)定子電樞電流跟蹤給定電流。
在異步電動機控制系統(tǒng)中，磁通函數發(fā)生器保證了電動機在低速區(qū)以恒磁通控制，高速區(qū)以弱磁控制，從而使得電動車的運行狀態(tài)與普通汽車相一致，整個控制系統(tǒng)要滿足異步電動機四象限運行要求，而且要具有優(yōu)良的動態(tài)性能。
電動車的異步電動機系統(tǒng)的功率驅動單元的主回路結構與普通的逆變器的結構基本相同，所不同的是由于電動車在實際行駛過程中，需要進行頻繁的正反向加減速，所以逆變器的主回路結構應具有較大的裕量和可靠的過流保護單元。
圖2是異步電動機驅動系統(tǒng)的主回路結構，該主回路結構采用電流型逆變器結構，目的在于使電動車具有快速的響應特性，并在電動車加減速時防止過流。對于分立元件的mosfet或igbt組成的逆變回路，應使每一功率開關元件反并聯(lián)快恢復二極管，以給電樞繞組的電流構成續(xù)流回路，對于功率模塊，因為其內 |
