電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用外轉(zhuǎn)子dspm電機(jī)研究
唐文武，陳世元
（華南理工大學(xué)，廣州510640）
摘要：外轉(zhuǎn)子雙凸極永磁電機(jī)用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)有許多優(yōu)勢(shì)，從控制的角度給出了基于tms320l2407a dsp控制的dspm轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢測(cè)的方案；并討論了位置脈沖信號(hào)電路與dsp之間的接口問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；外轉(zhuǎn)子雙凸極永磁電機(jī)；tms320lf2407a;位置信號(hào)檢測(cè)
中國(guó)分類號(hào)：tm351；tp273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001一6848(2010)02-0098-04
o引 言
雙凸極永磁電機(jī)( dspm)是隨著功率電子學(xué)和微電子學(xué)的飛速發(fā)展在90年代出現(xiàn)的一種新型可控交流調(diào)整系統(tǒng)，由t．a(chǎn) lipo等人首先提出，并進(jìn)行了系列的理論和實(shí)驗(yàn)研究。雙凸極永磁電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)外形與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相似，呈雙凸極結(jié)構(gòu)，不同之處在于它的定子上放人永磁體，轉(zhuǎn)子無(wú)繞組和永磁體。研究證明dspm具有控制炅活、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速性能好、轉(zhuǎn)矩電流比大、可實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性和效率高等優(yōu)點(diǎn)，采用雙外轉(zhuǎn)子dspm電機(jī)輪式驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，可以取消傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和差速齒輪，采用電子差速器，按所需動(dòng)力來(lái)分配兩電機(jī)的功率，因此整個(gè)系統(tǒng)的效率得以提高。位置信號(hào)檢測(cè)是電機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)，有多種解決方案。位置信號(hào)電路與dsp芯片之間的連接，端口也可以有多種選擇。
1 12/8極外轉(zhuǎn)子dspm電機(jī)介紹
1.1結(jié)構(gòu)
圖1為一臺(tái)三相12/8極外轉(zhuǎn)子雙凸極永磁電機(jī)截面圖。圖中只畫出了a相繞組，i。為相電流，ua為電機(jī)a相電動(dòng)勢(shì)。定子極弧為定子齒距的l／2，即15度機(jī)械角，這樣可以保證定轉(zhuǎn)子重疊角之和恒等于轉(zhuǎn)子極弧而與轉(zhuǎn)子位置角無(wú)關(guān)，從而使氣隙合成磁導(dǎo)為常數(shù)，電機(jī)無(wú)定位力矩。轉(zhuǎn)子極弧為轉(zhuǎn)子齒距的l／2，即22.5度機(jī)械角，大于電子極弧，可有利于電流換相。另外，任一相定子繞組所交鏈的磁鏈僅與該相磁導(dǎo)成正比。
1.2電機(jī)方程
圖2為給dspm電機(jī)供電的三相全橋電路拓?fù)洹?/div>
可選用igbts智能功率模塊。電機(jī)三相繞組為y型連接，雙繞組同時(shí)通電的工作方式。每一橋臂負(fù)責(zé)一相的通斷，且每一橋臂的上管對(duì)應(yīng)該相通正電，下管對(duì)應(yīng)通負(fù)電，上下管均截止時(shí)該相不通電。每個(gè)相繞組通電周期為對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)45度機(jī)械角。在一個(gè)通電周期里，每一相繞組都是30度機(jī)械角工作相帶。每隔15度機(jī)械角換相一次。
簡(jiǎn)化電機(jī)的自感及磁鏈，分段線性化，并且只和轉(zhuǎn)子的空間位置有關(guān)，電機(jī)的一相端電壓為：
磁鏈由永磁磁鏈和電樞反應(yīng)磁鏈組成，a相單工作時(shí)磁鏈方程為：
功率方程為：
1.3工作原理
由式(4)可知，當(dāng)a相繞組通入電流時(shí)，隨著轉(zhuǎn)子位置的不同，電樞繞組電感發(fā)生變化而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩分量，電感上升區(qū)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩為正，下降區(qū)的磁阻轉(zhuǎn)矩為負(fù)。所以各楣磁阻轉(zhuǎn)矩在一個(gè)電感周期的乎均值為零。隨著轉(zhuǎn)子位置的不同，電樞繞組的永磁磁鏈發(fā)生變化而產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩，在永磁磁鏈的上升區(qū)和下降區(qū)均產(chǎn)生正的永磁轉(zhuǎn)矩。
由于雙凸極無(wú)刷直流電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩在一個(gè)通電周期的平均值為零，因此電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩主要由永磁轉(zhuǎn)矩tm提供。轉(zhuǎn)矩的大小可以通過(guò)控制相電流大小或?qū)▍^(qū)間寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以采用單拍或雙拍的運(yùn)行方式來(lái)控制。改變電流的極性和導(dǎo)通順序可以改變轉(zhuǎn)矩方向。
如圖3所示，縱軸分別為電機(jī)的磁鏈、自感、相電流和轉(zhuǎn)矩，橫軸為電機(jī)轉(zhuǎn)子的角度位置。設(shè)外轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，電機(jī)運(yùn)行中永磁磁鏈一個(gè)變化周期為45度機(jī)械角，定義o度位置為a相定子齒和轉(zhuǎn)子齒開(kāi)始重合的位置。 |
