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汽车|车用高性能永磁电机驱动系统的研发( 三 )


2. 2 样机与实验结果
目前已完成的原理样机最大输出功率为4k W ， 电励磁磁势为 ± 1 200A·T 。 图 3 为采用最优励磁图2旁路式混合励磁电机工作原理电流规划后的电机效率和恒定4A 励磁电流下实验结果的对比 。 由图可见 ， 混合励磁电机高效区范围及转速范围均有拓宽 。
汽车|车用高性能永磁电机驱动系统的研发
本文插图

图2旁路式混合励磁电机工作原理
综合来看 ， 与传统无刷永磁电机相比 ， 旁路式混合励磁电机具有显著优点: 如低速时增大励磁以提高输出转矩; 高速运行时减小或反向励磁从而拓宽电机的恒功率弱磁区; 降低电机在高速运行下的铁损 ， 提高效率; 动态调节励磁电流大小 ， 提高负载变化时发电电压动态性能; 减小电枢反应弱磁磁势 ， 降低永磁体高温运行时的失磁风险等 。 混合励磁是未来车用永磁电机的重要发展趋势 。
汽车|车用高性能永磁电机驱动系统的研发
本文插图

图3 混合励磁电机效率对比
3 全数字化高性能电机控制软件平台
电动车辆的大批量标准化生产 ， 要求其驱动电机系统所采用的控制软件满足可重复性、可移植性和易使用性的要求 ， 具有这些特点的全数字化电机驱动控制系统是其重要发展方向之一 。 除永磁同步电机控制所需的核心控制策略———包括深度弱磁技术、死区补偿技术、抗积分饱和PI技术、解耦技术等磁场定向控制技术外 ， 为满足电动车辆的高度可靠性和安全要求 ， 数字化车用驱动控制系统还要求具有故障监控、故障保护和自诊断等功能 。
3. 1 软件平台主要功能
为达到保证可靠性的前提下满足软件系统可重复性、可移植性和易使用性的目的 ， 根据电动汽车对电机驱动系统的要求以及开发使用人员的需求对电机驱动软件系统按照系列化、平台化和服务化的目标进行规划 。 软件平台拓扑如图4所示 。 该全数字电机驱动软件平台实现了以下主要功能: ( 1) 软件硬件分离 为方便软件开发人员 ， 并实现软硬件的解耦 ， 把软件从硬件中剥离出来 ， 形成软件算法文件和硬件配置文件; ( 2) 算法功能模块化 按最小功能化把所有的算法模块化 ， 实现算法间解耦; ( 3) 参数分类提取 对系统平台中出现的所有参数进行提取并分类 ， 方便参数配置; (4) 快速开发模式 采用功能模块串联的方式 ， 实现系统平台的快速升级和第三方开发; (5) 产权保护功能以IP核的方式灵活实现核心算法的产权保护 。
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图4电机驱动软件控制平台
3. 2 关键技术
电机驱动软件控制平台的核心算法采用全数字化的磁场定向控制(field oriented control)， 结合上位机控制 ， 集成如下控制技术 。
(1) 具有转速控制、转矩控制及功率控制3种模式 ， 并可实现自由切换［6］ 。 在全速度范围恒转速控制误差≤10r/min; 恒转矩控制误差≤5% Tn(Tn为额定转矩)， 转矩响应时间＜ 0. 3ms 。
(2) 具有沿最大转矩电流(maximum torque perampere ， MTPA) 曲线开始控制到沿电流圆弱磁进入弱磁二区 ， 再沿最大转矩电压( maximum torque pervolt ， MTPV) 曲线进入弱磁三区的深度弱磁控制技术 ， 如图5所示 。
(3) 采用死区补偿技术有效抑制电压源逆变器零电流箝位效应 ， 如图6 所示 ， 有效改善电机的低速性能［7］; 采用一种具有预测功能的抗积分饱和速度PI 控制器 ， 电流调节更加快速、无超调; 实现了电压解耦 ， 高速性能更加稳定［8］ 。
此外 ， 还具备系统自检、参数在线整定、故障诊断、软件保护、CAN通信和上位机功能 。
实验用电机参数如表1所示 ， 实验中基速为600r / min ， 进入三区弱磁最高转速4 000r / min 。


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