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《河北工业大学》 2016年
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电动汽车驱动与充电一体化系统关键控制技术研究

张厚升  
【摘要】:具有车载型充电器的电动汽车拥有独立的驱动系统和充电装置,提高了电动汽车的成本与重量,浪费了有限空间资源,如何集成电动汽车驱动系统与充电装置成为当前研究的热点与难点。本文提出了一种新型电动汽车驱动与充电一体化拓扑结构,研究了牵引模式下三相开绕组永磁同步电机(TPOW-PMSM)的驱动控制技术与容错控制技术,保障了系统的可靠运行;针对充电模式下的两并联三相PWM整流器,研究了系统的高功率因数与谐波抑制技术,实现了系统的环流、均流控制。首先,系统的分析了当前国内外电动汽车驱动与充电一体化技术发展的现状,详细论述了开绕组电机及其控制技术的国内外研究现状。在此基础上提出了一种新型电动汽车驱动与充电一体化拓扑结构,该拓扑结构可将驱动系统用的两并联逆变器重构成充电系统用的两并联三相PWM整流器结构;采用两并联双向DC/DC变换器,提高了系统的功率密度;同时减少了系统中检测元件的数量,达到了缩小体积、减轻重量、降低整车成本的目的。建立了TPOW-PMSM在不同坐标系下的数学模型,分析了各组成模块的拓扑结构与工作原理。其次,研究了牵引模式下TPOW-PMSM的驱动控制技术。针对TPOW-PMSM系统的中低速运行与控制,以不产生零序电压为目标,提出了一种两并联逆变器的中矢量六边形SVPWM控制策略,设计了TPOW-PMSM的矢量控制系统,并采用了一种转速外环“PI+重复控制”的复合控制策略。与绕组Y接PMSM系统的对比仿真与实验结果表明:TPOW-PMSM系统具有动态响应高、抗扰能力强、调速平稳等优点,而且消除了零序电流对系统的影响。为了提高电压利用率,针对TPOW-PMSM系统的高速运行与控制,提出了一种两并联逆变器的最大电压调制范围大矢量六边形差值SVPWM控制策略,研究了开关管死区时间对零序电压的影响,基于调零矢量抑制零序电压的原理,设计了带零序电流抑制器的TPOW-PMSM矢量控制系统,提高了两并联逆变器的直流电压利用率,仿真与实验结果表明,所提出的控制策略能够有效的抑制零序电流,保障了TPOW-PMSM系统的可靠运行。然后,研究了TPOW-PMSM系统的容错控制技术。分析了一体化系统的逆变器故障类型、容错方式与拓扑重构,研究了三相3H桥逆变器单管开路故障时的电压空间矢量分布,针对故障相短接的两相2H桥逆变器,提出了一种改进的小矢量六边形SVPWM控制策略;针对故障相开路的两相2H桥逆变器,提出了一种能保证容错系统获得最大转矩的两相SPWM控制方式,通过转速外环和电流内环的双闭环控制,实现了对电机转速和非故障相电流的控制。仿真与实验结果表明,两种重构拓扑下,TPOW-PMSM都能平稳运行,使所提出控制策略的正确性、有效性得到了验证。最后,研究了充电模式下两并联三相PWM整流器的高功率因数与谐波抑制技术。建立了系统的等效平均值模型,详细分析了系统参数对零序环流的影响,设计了两并联三相PWM整流器的环流、均流双闭环控制系统,电流环采用电流解耦前馈控制策略,实现了单位功率因数,电压外环采用公共电压调节器实现均流控制。提出了一种调零矢量七段对称式SVPWM控制策略,设计了PI零序环流抑制器,并提出了一种改进的最小拍零序环流抑制器,有效的抑制了电感参数不一致对两并联三相PWM整流器的影响。仿真与实验结果表明:最小拍环流抑制器能有效的抑制环流,消除了电感参数不一致对系统的干扰,实现了环流、均流控制。
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U469.72;TM910.6

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