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电动汽车用永磁无刷直流电机调速控制器研究

作　者: 李春涛
导　师: 汪海宁
学　校: 合肥工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电动汽车 无刷直流电机 电磁转矩 弱磁 调制方式
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


由于电力驱动具有节能环保以及方便快捷的优点,各类电动交通工具(包括电动自行车、电动汽车等)得到了越来越广泛的应用。永磁无刷直流电机凭借其调速性能好以及维护方便、运行效率高、结构简单等一系列优点,成为电动车领域的主流驱动电机。为此,本文就对电动汽车用永磁无刷直流电机调速控制器进行了研究。论文首先对电动汽车的发展背景与前景以及电动汽车驱动电动机的种类进行了综述,另外还分析了电动汽车对其驱动系统的性能要求以及永磁无刷直流电机驱动系统中存在的问题。接着详细介绍了永磁无刷直流电机的工作原理及数学模型,并对几种PWM调制方式从开关损耗和对电磁转矩的影响进行了分析与比较,指出采用PWM-ON调制方式所带来的换向转矩脉动最小,且不同开关管之间的开关损耗分配均匀。另外还对有位置传感器和无位置传感转子位置检测法进行了分析比较,结合电动汽车的特殊要求,指出采用无位置传感器控制的直流无刷电机由于起动转矩比较低,不适合重载起动的电动车领域,而采用有位置传感器的直流无刷电机起动转矩大,在电动汽车中得到广泛应用。较宽的调速范围是对应用在电动汽车上的电机一个重要要求,而弱磁控制是扩大电机转速范围的有效方法,它能使电机工作在额定转速以上,为了实现永磁无刷直流电机的弱磁控制,文中给出了一个弱磁方案,即通过提前换相以控制相电流超前反电动势相位来实现等效弱磁。最后用Microchip公司的电机专用控制芯片dsPIC33FJ32MC204作为核心控制芯片,设计、开发了一套电动汽车无刷直流电动机驱动系统的试验平台,并且在MPLAB IDE集成开发环境中完成了调速控制器的软件设计和调试。此外,对带位置传感器的直流无刷电机控制在实验平台上进行了相关实验。实验结果表明,调速控制器具有良好的控制性能。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
致谢  7-13
第一章 绪论  13-17
  1.1 电动汽车的发展背景与前景  13
  1.2 电动汽车驱动电动机的种类  13-15
  1.3 无刷直流电机驱动系统存在的问题  15-16
  1.4 论文主要的研究内容  16-17
第二章 无刷直流电机调速关键技术研究  17-36
  2.1 永磁无刷直流电机的工作原理  17-21
  2.2 永磁无刷直流电机的数学模型  21-22
  2.3 PWM调制方式对电磁转矩的影响分析  22-29
    2.3.1 PWM调制方式对换相转矩的影响  24-25
    2.3.2 PWM调制方式对非换相转矩的影响  25-29
  2.4 永磁无刷直流电机位置信号检测方法  29-35
    2.4.1 无位置传感器的转子位置检测法  29-31
    2.4.2 有位置传感器的转子位置检测法  31-32
    2.4.3 两种位置检测法的优缺点及比较  32-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章 无刷直流电机调速控制策略  36-46
  3.1 无刷直流电机控制策略分析与总结  36-40
    3.1.1 直流无刷电机的直接转矩控制  36-38
    3.1.2 直流无刷电机双闭环控制  38-40
    3.1.3 直流无刷电机控制策略总结  40
  3.2 直流无刷电机的弱磁控制与实现  40-45
    3.2.1 弱磁控制理论基础  40-44
    3.2.2 弱磁控制的实现  44-45
  3.3 本章小结  45-46
第四章 控制器的硬软件设计  46-58
  4.1 控制器的硬件设计  46-53
    4.1.1 dsPIC33FJ32MC204单片机  47-48
    4.1.2 功率主电路设计  48-49
    4.1.3 电机驱动电路设计  49-50
    4.1.4 检测电路和保护电路设计  50-52
    4.1.5 其它辅助功能电路设计  52-53
  4.2 调速控制器的软件设计  53-55
    4.2.1 软件总体设计  53-54
    4.2.2 中断子程序设计  54-55
  4.3 仿真结果与分析  55-56
  4.4 本章小结  56-58
第五章 实验结果与分析  58-67
  5.1 实验系统  58-59
  5.2 实验结果及分析  59-67
第六章 总结与展望  67-69
  6.1 工作总结  67
  6.2 工作展望  67-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表论文  72

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 直流电机
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