电动车永磁同步牵引系统初步研究.pdf

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1、电气牵引2012年第2期(总第124期)电动车永磁同步牵引系统初步研究刘柏曹时德钟坤炎湘潭电机股份有限公司，湖南湘潭，411101摘要：本文阐述了电动车永磁同步牵引系统现状、构成，永磁同步电机空间矢量及电子逆变器控制策略。介绍了惯性飞轮负载试验方法，并给出了初步的试验结果及今后的研究方向。关键词：电动车；永磁同步牵引系统；惯性飞轮负载。步电机及负载、变频牵引电传动装置构成。供电电1概述源及负载主要是外特性研究，便于友好地系统技术近年来随着微电子技术和新材料的发展，电动集成；变频牵引电传动装置则是本文的研究对象。车由早期的直流传动系统，在经历了成熟的交流异变频牵引电传

2、动装置由转子磁极位置传感器、永磁步电机变频传动系统后，正向永磁同步牵引传动系同步电机、电子逆变器三个基本部分组成见图1。统发展，并迅速在商品化电动车上取得了应用。由转子磁极位置传感器：可采用旋转变压器或光于永磁同步电机(PMSM)比交流异步电机的高效率、电编码器等。其信号用作电子开关器件的触发信高功率体积比及成本的不断降低，采用高性能控制号，使气隙磁通与定子线圈电流方向的相互垂直，而技术的永磁同步牵引系统在电动车上的推广应用成获得最大转矩。另一方面在调速范围内稳定运行，为近年来该技术领域的研究热门。国内外许多公司保证不失步。实际上目前的电机制造技术已经将转都在积极研

3、发永磁同步牵引系统技术；并在电驱动子磁极位置传感器(如旋变)集成到永磁同步电机内上从永磁同步电机向永磁混合式电机发展。部，实现了机电一体化。最新的控制算法已采用永磁同步电机无传感器技术。2系统工作原理永磁同步电机：电机转子采用永磁体提供长久2．1系统构成励磁，没有电刷、换向器、或滑环，在现代电传动技术电动车永磁同步牵引系统由供电电源、永磁同中是感应电动机最有力的竞争对手。永磁同步电机图1电动车变频牵引电传动装置框图一16一电动车永磁同步牵引系统初步研究特点是功率密度高、即质量和体积小，转子无绕组、当id*=O时，通过控制iq就可以线性地控制电磁转即无铜损效率高、转子

4、电磁时间常数小、即动态性能距。其次，三相定子电流通过3／2坐标变换为仅、B两好。可满足起动力矩大、在高速时具有恒功率特性相定子静止坐标系电流i仅、iB。最后，转子磁极位置的牵引特性要求。传感器检测电机转子磁极位置，通过计算获得电机电子逆变器：包括电子控制器、三相逆变器及电定子a相绕组中轴线与转子磁极中轴线(与d轴重压、电流传感器。电子控制器采用了TI公司最新电合)的夹角0。机控制专用的浮点运算DSP数字控制芯片i仅、iB、O通过Park变换，转换到d-q旋转坐标TMS320F28335，具有较新的技术水准。三相逆变器系。转换到d-q旋转坐标系中的电流信号id、iq再

5、与采用IGBT功率元件构成直一交逆变器。参考输入id*、iq*相比较，通过id、iq电流PI调节输出2．2工作原理d-q旋转坐标系中的电压信号Vd、Vq，即dq轴电流工作原理主要介绍永磁同步电机空间矢量图及的控制是通过dq轴电压的控制来完成。但dq轴电电子逆变器工作过程。永磁同步电机空间矢量图见压无法直接输出，需要转换到三相静止坐标系中输图2。定义仪p坐标系的轴与定子a相绕组重合，p出，即通过Park逆变换获得两相定子静止坐标系电轴逆时针超前Ot轴90。空间电角度，由于仅轴固定在a压信号V0【、vp。V0【、vl3送到电压空间矢量脉宽调相绕组轴线上，故B坐标系为静止

6、坐标系。同时定制(SvPwM)环节，直接产生PWM1一PWM6脉冲信义dq坐标系的d轴与转子磁极轴线重合，q轴逆时针号，触发三相逆变器功率元件，得到定子三相绕组的超前d轴90。空间电角度，d轴与a相定子绕组的夹角实际电流，构成永磁同步电机的矢量控制系统的工为0，0及该坐标系在空间随同转子以电角速度∞r一作过程。道旋转，故为旋转坐标系。定子电流空间矢量is与幢电l轴夹角为，与d轴夹角为8=一e。Ud轴图3电子逆变器控制框图n轴3控制电路及软件开发图2永磁同步电机空l司矢量图电子逆变器控制框图见图3。其控制策略与感3．1控制电路应电动机相似，可采用变频变压控制(VVVF

7、)、磁场控制电路由主控板、电源板、IGBT驱动板等部定向矢量控制(FOC)，直接转矩控制(DTC)，电压空分组成。主控板功能如下：主控板由DSP数字控制间矢量脉宽调制技术、d-q坐标变换、自适应控制等芯片TMS320F28335及外围电路、I／O输入／输出电控制策略。路、模拟量采样电路、转子位置检测电路、过电压及由于永磁同步电机内部结构、参数的不同，一般过电流保护电路、通讯接口电路，6路PWM脉冲隔离来说控制方式主要有四种：即id=O控制方式；cosq~=l驱动电路等组成。其中转子位置检测采用旋转变压控制方式；转矩线性控制方式；总磁链恒定控制方器／数字转换器AD