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用于电动汽车的50KW永磁同步电机驱动系统硬件研发

作　者: 张燕鹏
导　师: 王钦若
学　校: 广东工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电动汽车 PMSM SVPWM矢量控制 TMS32OLF24O6A IGBT功率模块驱动
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 229次
引　用: 2次
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内容摘要


随着世界汽车保有量的急剧增长,传统的内燃机汽车对人类环境带来的危害越来越严重,环境保护呼声的高涨和石油储量日益短缺的压力,迫使人们重新考虑未来汽车的动力问题。经过对各种新能源、新燃料的探索,电动汽车成为最主要的选择之一。作为电动汽车关键技术之一,电机驱动及其控制技术的研究具有极其重要的地位。本文以广东工业大学与美国莱特技术有限公司电动汽车联合研发中心大功率永磁同步电机驱动及控制系统的技术攻关为背景,主要从永磁同步电机控制系统硬件平台的建立和实现两个方面。对永磁同步电机的控制系统、驱动系统和电磁兼容方面进行了深入的分析及研究,完成基于TMS320F2406A DSP的电动汽车驱动系统硬件平台的设计。本文首先通过几种常用驱动电机的性能及其控制系统的比较,突出了永磁同步电机用于电动汽车驱动及控制系统的明显优势和广阔前景。详细分析了永磁同步电机的工作原理及其运行特性,建立了在旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型,得出了其电流、电压、磁链和转矩表达式。然后,设计了电动汽车驱动系统的主电路和滤波电路,在此基础上,设计出控制电路,包括DSP最小系统、电机转子位置检测电路、电机转速测量电路、档位器输入电路和电子油门输入电路,并给出了各组成电路元器件选型的具体依据。在控制电路的设计过程中,采用电机专用控制芯片TMS320LF2406A生成SVPWM信号。设计完成了IGBT功率模块的驱动电路板,包括三相电流的检测和直流母线电压的检测,IGBT的光耦隔离驱动与保护,完成了驱动电路的温度检测与保护电路设计。从整个系统的稳定运行出发,对控制板、驱动板和主电路的电磁兼容性进行分析与设计。最后,完成了实际电路板的制作,并对系统进行实验测试,最后对实验结果及在实验过程中出现的问题进行了分析与探讨。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
CONTENTS  10-14
第一章 绪论  14-19
  1.1 国内外电动汽车的发展现状  14-15
  1.2 电动汽车对电机驱动系统的要求  15-16
  1.3 电动汽车驱动系统中各种电机性能比较  16-17
  1.4 本课题研究背景及意义  17-18
  1.5 本论文主要内容  18-19
第二章 电动汽车驱动系统总体设计与控制策略  19-34
  2.1 电动汽车驱动系统总体设计  19-22
    2.1.1 电动汽车驱动电机的选择  20-21
    2.1.2 控制器方案选择  21-22
  2.2 电动汽车驱动主电路  22-25
    2.2.1 逆变电路功率元件的选择  23-24
    2.2.2 直流滤波电感和电容的设计  24-25
  2.3 永磁同步电机数学模型的建立  25-29
    2.3.1 永磁同步电机(PMSM)的数学模型建立条件  25
    2.3.2 PMSM在同步旋转坐标系下的数学模型  25-29
  2.4 电动汽车驱动系统控制方法应用  29-33
    2.4.1 永磁同步电机控制方案  29-30
    2.4.2 永磁同步电机SVPWM矢量控制方案  30-33
  2.5 本章总结  33-34
第三章 电动汽车控制系统硬件电路设计  34-49
  3.1 TI公司DSP芯片TMS320LF2406A介绍  34-36
    3.1.1 数字信号处理器原理  34-35
    3.1.2 TMS320LF2406A的主要特点  35-36
  3.2 TMS320LF2406A最小系统的设计  36-38
  3.3 存储器模块设计  38-39
  3.4 电动汽车控制器通讯模块设计  39-40
  3.5 永磁同步电机转子位置检测  40-42
  3.6 电动汽车档位器设计  42
  3.7 电动汽车电子油门设计  42-43
  3.8 永磁同步电机转速测量  43-45
  3.9 SVPWM驱动信号电路设计  45-48
  3.10 矢量控制算法显示  48
  3.11 本章总结  48-49
第四章 功率模块驱动电路设计与硬件抗干扰研究  49-68
  4.1 功率驱动模块的特性和保护功能  49-51
  4.2 功率IGBT模块驱动电路设计  51-55
    4.2.1 带有保护的三相桥驱动电路设计  51-53
    4.2.2 光耦隔离输出驱动电路  53-55
  4.3 三相电流检测电路设计  55-57
  4.4 直流母线电压检测电路  57-60
  4.5 IGBT功率模块温度检测  60-62
  4.6 功率模块开关电源设计  62-64
  4.7 功率IGBT模块的散热设计  64
  4.8 电动汽车驱动系统抗干扰研究  64-67
    4.8.1 控制电源的抗干扰设计  65
    4.8.2 控制电路PCB线路设计  65-66
    4.8.3 控制电路的接地设计  66
    4.8.4 主电路的电磁兼容性设计  66-67
    4.8.5 IGBT功率模块的电磁兼容性设计  67
  4.9 本章总结  67-68
第五章 系统软件初步设计  68-71
  5.1 系统主程序设计  68-69
  5.2 中断服务程序设计  69-70
  5.3 本章总结  70-71
总结与展望  71-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的学术论文  77-79
致谢  79-80
附录  80-83

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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