電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動系統的製作方法
2023-06-02 07:20:16 1
專利名稱：電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動系統，可應用於高電壓大功率的驅動場合，屬於電機驅動技術。
背景技術：
永磁電機具有功率密度 高、出力大等優點，能夠滿足低速大轉矩、高功率密度的要求，但存在適應轉速範圍較窄、弱磁升速和調壓控制困難的問題。為此各國學者對永磁電機提出了各種改進措施，如改進永磁電機結構及磁路，提出新型混合勵磁結構以及特殊控制策略等方案，這些方案雖然在一定程度上達到調節電機氣隙磁場的目的，但犧牲了永磁電機自身的功率密度、效率等性能，降低了永磁電機應用於電動汽車的優越性。TakahashiI首次提出一種繞組開路型異步電機，它兩端連接2套逆變器。通過各逆變器協調控制，提高異步電機的轉矩響應速度和頻帶範圍將永磁同步電機的三相定子繞組的連接中性點分開，使電機呈現開繞組結構，各相獨立工作，有效消除繞組之間的影響，提高電機自身的可靠性，相比於傳統的兩電平逆變器，開繞組的雙逆變器結構能夠在較低的開關頻率下使輸出電壓的諧波含量減小，輸出電壓等級提高，同時，有效解決了電動汽車用永磁電機調速困難等問題。由於永磁電機的定轉子磁路沒有改變，電機具有高功率密度、高效率等優點。因此，有必要提出一種基於開繞組式永磁同步電機的驅動系統。
發明內容
技術問題本發明針對車載電池容量限制和功率開關電壓電流能力限制之下驅動功率等級低、存在共模電壓，以及現有電動汽車用驅動系統存在調壓困難等問題，提出電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機的驅動系統，解決現有驅動系統中逆變器驅動功率密度低、輸出電壓諧波大和弱磁調速困難等問題，採用單電源的供電方式，同時對雙逆變器的空間矢量調製技術進行改進，可抑制共模電壓。本發明的內容是圍繞電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動性能而進行設計的。技術方案為解決上述技術問題，本發明提供了一種電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動系統，該驅動系統包括直流電壓源、第一逆變器、第二逆變器、電容、開繞組永磁同步電機、共模電壓抑制矢量；第一逆變器、第二逆變器、電容並聯接在直流電壓源的兩端，開繞組永磁同步電機的三個繞組的一端分別接在第一逆變器的三個輸出端上，開繞組永磁同步電機的三個繞組的另一端分別接在第二逆變器的三個輸出端上；共模電壓抑制矢量H、J、L、N、Q、S調製成6組驅動信號，分別對應接第一逆變器和第二逆變器(3)的6組電晶體基極控制端；永磁同步電機繞組採用開繞組結構，其六根端引線分別接於兩個標準的兩電平逆變器，驅動系統僅由一個直流電源供電，調製時採用不含共模電壓的電壓空間矢量。直流電源採用標稱電壓為300V的電動汽車車載蓄電池組。第一逆變器和第二逆變器均是電壓型逆變器，該雙逆變器結構可以實現三電平輸出。雙逆變器結構在空間可產生19個電壓空間矢量，有7個空間矢量不產生共模電壓，它們位於空間位置H、J、L、N、Q、S和O處；對位於H、J、L、N、Q、S和O處的電壓矢量進行調製，可有效抑制共模電壓。有益效果(I)雙逆變器結構相比常見二極體鉗位型、飛躍電容型三電平逆變器拓撲結構，減小了功率器件的數量，不存在中點電壓不平衡等問題，特別適用於電動汽車驅動工況，減小了驅動裝置的體積、重量和製造成本。(2)每一功率開關器件只需在1/2最大供電電壓下工作，降低了開關損耗，逆變器的效率得到提聞。(3)傳統永磁同步電機三相定子繞組中性點分開，使電機繞組可以獨立工作，有效 消除繞組之間的影響，提高電機自身的可靠性。(4)開繞組的雙逆變器結構能夠在較低的開關頻率下使輸出電壓的諧波含量減小，輸出功率等級提聞。(5)採用單電源的供電模式，調製時通過對電壓空間矢量的有效選擇，可抑制共模電壓，使電動汽車能夠平穩行駛。(6)開繞組永磁同步具備很強的容錯能力，再結合高性能的控制算法，實現電動汽車的不間斷運行，避免事故和災難發生。(7)單電源的設計，系統結構更加緊湊，且易於蓄電池充放電的優化管理，適用於電動汽車的動力系統。
圖I為本發明結構示意圖。其中有直流電壓源I、第一逆變器2、第二逆變器3、電容4、開繞組永磁同步電機
5、共模電壓抑制矢量6。圖2為本發明的雙逆變器供電時的電壓空間矢量分布圖。
具體實施例方式下面將參照附圖對本發明進行說明。 本發明提供的電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動系統，將三相永磁同步電機定子繞組中性點分開，六根端引線分別接於兩個標準的電壓型兩電平逆變器，系統僅由一個直流電源供電，可實現三電平輸出。系統既繼承三電平逆變器的優點又減少了功率器件的數量，可應用在電動汽車等對功率要求比較高的驅動領域；單電源的緊湊型設計，提高了裝置的可靠性，節省了空間，同時在不增加冗餘開關器件或控制方法基礎上僅對空間電壓矢量的有效選擇，就能起到抑制共模電壓的效果。該裝置包括直流電壓源I、第一逆變器2、第二逆變器3、電容4、開繞組體永磁同步電機5、共模電壓抑制矢量6。所述第一驅動逆變器2連接永磁同步電機繞組的一端，第二逆變器3連接到繞組另一端。本發明的優點是與已有共模電壓抑制技術相比，只需有效選擇空間電壓矢量便可對系統共模電壓進行抑制，減小轉矩脈動；與已有電動汽車驅動系統相比，在車載電池容量和功率開關電壓電流能力限制之下可提高系統總功率，易於蓄電池充放電管理優化，提高電動汽車的運行性能和可靠性。本發明公開電動汽車單電源開繞組永磁同步電機驅動系統，充分利用電壓空間矢量調製原理，通過電壓空間矢量的有效選擇，實現無共模電壓的輸出，解決了傳統永磁同步電機驅動系統轉矩脈動大的缺點，同時單電源的設計，使電動汽車動力系統整體結構更緊湊，減小裝置的體積。該裝置配有兩個互補對稱逆變器，由一個直流電壓源供電，與傳統的單逆變器驅動系統相比，提高了直流電源的利用率，輸出電壓諧波含量低，兩個逆變器配合工作，可實現三電平輸出，並且能夠在較低的開關頻率下使輸出電壓的諧波含量減小。所述的第一逆變器(2)、第二逆變器(3)均是標準的兩電平電壓型逆變器。所述的單電源(I)採用標稱電壓為300V的電動汽車車載蓄電池組。所述的電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動包括矢量控制、直接轉矩控制等多種驅動形式。·本發明採用空間矢量脈寬調製技術，整個系統可以得到26=64個開關狀態，但這64個開關狀態中存在冗餘項，在空間上只能產生18個非零空間矢量和I個零矢量。對於單獨每個逆變器來講可能存在共模電壓，但是由兩逆變器空間矢量疊加，合成空間矢量對於整個系統不會產生共模電壓。選取不同的空間矢量，產生的共模電壓((UalJUblJUc^-Ua2t/-Ub2/ -Uc2/ )/3)不同。對於如圖2所示的19個電壓空間矢量，有7個空間矢量不產生共模電壓，它們位於空間位置H、J、L、N、Q、S和O處。對位於H、J、L、N、Q、S和O處的電壓矢量進行調製，可有效抑制共模電壓。以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明的保護範圍並不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本發明所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護範圍內。
權利要求
1.一種電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動系統，其特徵在於該驅動系統包括直流電壓源⑴、第一逆變器⑵、第二逆變器⑶、電容⑷、開繞組永磁同步電機(5)、共模電壓抑制矢量(6);第一逆變器(2)、第二逆變器(3)、電容⑷並聯接在直流電壓源(I)的兩端，開繞組永磁同步電機(5)的三個繞組的一端分別接在第一逆變器(2)的三個輸出端上，開繞組永磁同步電機(5)的三個繞組的另一端分別接在第二逆變器(3)的三個輸出端上；共模電壓抑制矢量(6) H、J、L、N、Q、S調製成6組驅動信號，分別對應接第一逆變器(2)和第二逆變器(3)的6組電晶體基極控制端； 永磁同步電機繞組採用開繞組結構，其六根端引線分別接於兩個標準的兩電平逆變器，驅動系統僅由一個直流電源(I)供電，調製時採用不含共模電壓的電壓空間矢量。
2.根據權利要求I所述的電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動系統，其特徵在於直流電源(I)採用標稱電壓為300V的電動汽車車載蓄電池組。
3.根據權利要求I所述的電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動系統，其特徵在於第一逆變器(2)和第二逆變器(3)均是電壓型逆變器，該雙逆變器結構可以實現三電平輸出。
4.根據權利要求I所述的電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動系統，其特徵在於雙逆變器結構在空間可產生19個電壓空間矢量，有7個空間矢量不產生共模電壓，它們位於空間位置H、J、L、N、Q、S和O處；對位於H、J、L、N、Q、S和O處的電壓矢量進行調製，可有效抑制共模電壓。
全文摘要
本發明涉及一種電動汽車用單電源開繞組永磁同步電機驅動系統，將三相永磁同步電機定子繞組六根端引線分別接於兩個標準的兩電平逆變器，系統僅由一個直流電源供電，通過空間矢量脈寬調製後所產生的電壓空間矢量，產生旋轉的圓形磁場。該裝置包括直流電壓源(1)、第一逆變器(2)、第二逆變器(3)、電容(4)、開繞組永磁同步電機(5)、共模電壓抑制矢量(6)。所述第一驅動逆變器連接永磁同步電機繞組的一端，第二逆變器連接到繞組另一端。這種驅動系統繼承了三電平逆變器的優點，並減少了功率器件的數量，可應用在高電壓大功率電機驅動領域；單電源的緊湊型設計，提高了裝置的可靠性，同時在不增加冗餘開關器件基礎上僅對空間電壓矢量的有效選擇，就能起到抑制共模電壓的效果。
文檔編號H02P27/08GK102882459SQ20121040453
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者樊英, 於鋒, 鄒國棠, 程明, 魏夢颯 申請人:東南大學