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电动车用双三相永磁同步电机驱动系统研究

陈瑞成  
【摘要】:相比于传统三相电机驱动系统,双三相永磁同步电机(PMSM)驱动系统可以实现低压大功率和故障情况下的冗余或容错控制,可靠性更高,特别适合于电动车领域。基于矢量空间解耦(VSD)理论,针对电机正常运行和一相开路两种运行工况,建立了双三相永磁同步电机在两相静止及旋转坐标系下的数学模型。利用MATLAB/Simulink仿真平台搭建了两种工况下电机的仿真模型,并验证了模型的正确性。给出基于矢量空间解耦的空间矢量脉宽调制(SVPWM)及其过调制技术,根据参考电压大小,适当增加谐波电压,实现正弦电压调制区和非正弦电压调制区的平滑过渡。同时,针对SVPWM调制无法实现四维电流矢量控制的问题,引入载波脉宽调制(CBPWM),并通过分别在每套三相绕组上注入零序电压提高调制度。仿真验证了所给出调制算法的有效性。根据位置传感器输出信号的对称和不对称情况,分别采用单同步坐标系软件锁相环(SSRF-SPLL)和基于双二阶广义积分器的软件锁相环(DSOGI-SPLL),实现转子位置角的准确获取。电机正常运行时,采用基于PI调节器和基于PR调节器的四维电流矢量控制对z1-z2平面谐波电流进行抑制。对基于PR调节器的矢量控制方法进行改进,给出基于频率自适应PR调节器的矢量控制方法,仿真结果证明所给出改进方法的谐波电流抑制效果良好。电机一相开路故障时,采用定子铜耗最小方式和定子电流幅值最小方式进行容错控制。对比分析两种容错控制方法的异同点,给出了电动汽车在不同工况下的容错控制方案,通过仿真验证了所给出方案的有效性。完成了电机本体的设计和改造,搭建了双三相永磁同步电机驱动系统实验平台,进行了电机正常运行和缺相运行的矢量控制实验。实验结果证明了本文给出理论方法的正确性和有效性。


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