永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車仿真研究_圖文

1、收稿日期:2006-09-02作者簡(jiǎn)介:劉素芳(1965-,女,河北蔚縣人,張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系講師。永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車仿真研究劉素芳1,劉素芬2,劉素平3(1.張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北張家口0750512.大同礦務(wù)局永定莊礦二校,山西大同0370003.張家口市第一公路工程公司,河北張家口075000摘要:在研究永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,建立了永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車數(shù)學(xué)模型,并對(duì)擬開發(fā)電動(dòng)汽車進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真,包括電動(dòng)汽平路穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行仿真、變車速運(yùn)行仿真等。仿真結(jié)果表明,所開發(fā)的永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠很好地滿足電動(dòng)汽車性能要求,永磁同步電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)

2、中具有很大優(yōu)越性。關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車;永磁同步電動(dòng)機(jī);計(jì)算機(jī)仿真中圖分類號(hào):T M341文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1008-8156(200604-0029-04由于環(huán)境污染及石油危機(jī)的加劇,電動(dòng)汽車的研究開發(fā)得到普遍重視和廣泛關(guān)注。本文以永磁同步電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真,給出了永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖和仿真數(shù)學(xué)模型,對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算,仿真結(jié)果表明,這一電動(dòng)汽車具有很好的性能指標(biāo)。1.電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心。圖1為電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理圖,其中的永磁同步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過一減速齒輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽

3、車車體,直流電壓Udc 為供電蓄電池的輸出電壓。 電動(dòng)機(jī)的指令轉(zhuǎn)速n (相當(dāng)于指令車速v 與實(shí)際反饋轉(zhuǎn)速n (相當(dāng)于實(shí)際車速的差值作為速度P I 調(diào)節(jié)器的輸入,其輸出經(jīng)限幅后作為電機(jī)交軸給定電流i q,由電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速確定的直軸給定電流id 連同交軸給定電流經(jīng)坐標(biāo)變換(坐標(biāo)變換所需的位置信號(hào)由位置檢測(cè)元件得到得到電機(jī)三相給定電流ia 、ib 、ic,這一給定電流與實(shí)際反饋電流ia 、ib 、ic 進(jìn)行滯環(huán)比較,得到逆變器功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào),實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流的雙閉環(huán)控制。圖1為電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理圖,第19卷第4期2006年12月張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)Journal of Zh

4、angjiakou Vocati onal College of Technol ogyVol .19No .4Dece mber,2006 2.永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車仿真數(shù)學(xué)模型2.1永磁同步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能仿真數(shù)學(xué)模型永磁同步電動(dòng)機(jī)具有正弦形的反電動(dòng)勢(shì)波形,其定子電壓、電流也應(yīng)為正弦波。假設(shè)電動(dòng)機(jī)是線性的,參數(shù)不隨溫度等變化,忽略磁滯、渦流損耗,轉(zhuǎn)子無阻尼繞組,那么基于轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系(d q 軸系中的永磁同步電動(dòng)機(jī)定子磁鏈方程為s d =L d i s d +rs q =L q i s q (2-1式中r 一轉(zhuǎn)子磁鋼在定子上的耦合磁鏈;Ld 、Lq 一永磁同步電動(dòng)機(jī)的直、交軸主電感;i s

5、d 、i sq 一定子電流矢量的直、交軸分量:P M5M 定子電壓方程為:s d =s i s d +s d -s q s q =s i s q +s q -s d (2-2s d 、s q :定子電壓矢量的s的d 、q 軸分量;:轉(zhuǎn)子角頻率。P:為微分因子。把式2-1代入式2-2中得:s d =s i s d +L d i sd -L q i qs q =s i s q +L d i s q +L d i s d +r (2-3轉(zhuǎn)矩方程為:T d =m (s d i s q -s q i s d =m r i s q +(L d -L q i s d i sq (2-4從上式可以看出,永磁同

6、步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩基本上取決于定子交軸電流分量和直軸電流分量,在永磁同步電動(dòng)機(jī)中,由于轉(zhuǎn)子磁鏈恒定不變,故均采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向方式來控制永磁同步電動(dòng)機(jī)。在基速以下恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行區(qū)中,采用轉(zhuǎn)子磁鐵定向的P MS M ,定子電流矢量位于q 軸,無d 軸分量(i sd =0,即定子電流全部用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,此時(shí)P M S M 的電壓方程可寫為:s d =-L d iss q =s i s +L q i s +r (2-5電磁轉(zhuǎn)矩方程為:T d =m r i s(2-62.2速度P I 調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器決定電動(dòng)汽車(電動(dòng)機(jī)的動(dòng)、靜態(tài)性能,其輸入為電動(dòng)汽車指令車速(電動(dòng)機(jī)指令轉(zhuǎn)速和電動(dòng)汽車實(shí)際車速(電動(dòng)機(jī)實(shí)際反饋

7、轉(zhuǎn)速的差值,輸出為電動(dòng)機(jī)交軸電流的給定值iq 。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器采用比例積分控制(P I控制,其控制規(guī)律為i sd =K (+1T idt (2-7離散格式為i s q (j =i s q (j -1+K (j -(j -1=+K i i (j (2-8式中kp 、ki 、Ti 分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)。當(dāng)速度偏差很大時(shí),速度調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài),此時(shí)必須對(duì)其輸出進(jìn)行限幅。這一限幅值可在保證逆變器安全運(yùn)行的前提下,根據(jù)電動(dòng)汽車的不同加減速要求而人為給定。3.永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車仿真根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型,用M atlab 語言編制了仿真軟件,并對(duì)一臺(tái)微型電動(dòng)汽車(電動(dòng)客

8、車進(jìn)行了計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真,永磁同步電動(dòng)機(jī)參數(shù)參數(shù)分別見表1。2006年12月張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)第4期表1永磁同步電機(jī)的參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值電動(dòng)機(jī)功率W 直流電壓V,額定轉(zhuǎn)矩NM ,定子相繞組電阻,定子d 相繞組電感H,q 相繞組電感H,額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分,極對(duì)數(shù) 026Lq =0.065J =0.0018n =3000np =43.1電動(dòng)汽車穩(wěn)態(tài)性能仿真圖2為電動(dòng)汽車給定40k m /h 車速時(shí)的仿真特性曲線?？梢钥闯?電動(dòng)汽車能夠在5.4s 時(shí)間內(nèi)從靜止達(dá)到給定經(jīng)濟(jì)車速(40k m /h ,說明本樣機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車具有極強(qiáng)的起動(dòng)加速能力;同時(shí)可以看出,經(jīng)濟(jì)車速穩(wěn)態(tài)行駛時(shí),所需電機(jī)轉(zhuǎn)矩較小,因此需要

9、較小的蓄電池放電電流,從而使電動(dòng)汽車具有較長(zhǎng)的一次充電續(xù)行里程。圖2給定40k m /h 時(shí)車速的仿真曲線3.2電動(dòng)汽車車速突變時(shí)性能仿真圖3為電動(dòng)汽車車速突變時(shí)車速仿真特性曲線。其中,正常行駛車速為30k m /h,在4.4s 時(shí)刻給定車速變?yōu)?0k m /h ?？梢钥闯?車速突變時(shí),電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩迅速變?yōu)槠渥畲笾?使電動(dòng)汽車在1.4s 內(nèi)車速由30k m /h 變?yōu)?0k m /h 。電動(dòng)汽車的降速過程同升速類似。2006年12月劉素芳,劉素芬,劉素平永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車仿真研究第4期 圖3電動(dòng)汽車車速突變時(shí)的仿真曲線4.結(jié)論本文給出了永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理性結(jié)構(gòu)圖,在此基礎(chǔ)上

10、研究了以永磁同步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)汽車仿真數(shù)學(xué)模型,針對(duì)已實(shí)際開發(fā)成功的電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),應(yīng)用于一微型電動(dòng)客車,對(duì)該電動(dòng)汽車進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真,仿真結(jié)果表明,所開發(fā)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有良好的性能,能夠滿足電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)性能要求。參考文獻(xiàn):1Chan C C,Chou K T .An overvie w of power electr onics in electric vehicles J .I EEE Trans .on I nd .Electr o .1997,44(1:3-13.2Shi m izu H,Harada J,B land C,etc .Advanced conc

11、ep ts in electric vehicle design J .I EEE Trans .on I nd .Electr onics .1997,34:14-18.3徐衍亮.電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究D .沈陽工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文,2001.4唐任遠(yuǎn),等.現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì)M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997,252-265.The S i m ul a tion Study of Electr i c Veh icle D r i ven by Permanen tM agnet SynchronousM otor SystemL I U Su -fang 1,L

12、I U Su -fen 2,L I U Su -p ing3(1.Zhangjiakou Vocati onal College of Technol ogy ,Zhangjiakou,Hebei,0750512.No .2Pri m ary School in Yongding V illage of Dat ongM ine Bureau ,Dat ong,Shanxi 0370003.Zhangjiakou No .1H igh W ay Engineering Company,Zhangjiakou ,Hebei,075000Abstract:The mathematic model

13、of electric vehicle (E V driven by per manent magnet synchr onous mot or (P MS M is estab 2lished,on the basis of which,the perfor mance si m ulati on of devel op ing E V is done including the accelerati on,s peed -variable running and s o on .It is verified that the E V e mp l oys a good perf or mance whe