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外文文献为PDF格式，下载后双击即可打开另存影响逆变器脉冲抑制theHigh-Voltage供应系统的电动汽车模拟方法 Buml T.1, Haumer A.1, Kapeller, H.1, Starzinger, J.2, Farzi, P.2 河中的小岛奥地利理工学院,维也纳,奥地利 麦格纳E-Car系统GmbH & Co,奥地利格拉茨 摘要：介绍模拟方法为研究逆变器脉冲期间抑制领域的影响削弱永磁同步机和异步运行机器。建模和仿真语言Modelica用于车辆的设计模型,电机和逆变器在不同的抽象级别。结果表明,当使用永磁同步机,突然崩溃的削弱当前导致定子绕组感应电压高。因此,汽车的电气系统必须对由此产生的大电流保护。而且必须采取预防措施防止危险驾驶条件因为高制动扭矩在一个逆变器故障运行方式。的异步机变频脉冲抑制姿势没有大问题,电力系统的车辆,和司机。第一章 我的介绍最近的发展和制造电动汽车在世界各地蓬勃发展。这样的电动汽车牵引的合适的电机,使用逆变器和电池有关操作的要求。当时的主要机器用于牵引应用程序异步机(AIM),开关磁阻机器(SRM)或永磁同步机(永磁同步电动机)。尤其是当使用永磁同步电动机出现车辆安全的重要问题。用人的主要问题点驱动汽车牵引应用他们的行为在故障条件下,机器本身的或逆变器。的励磁机是固定和不变,简直是不足以断开后通过控制逆变器功率半导体的机器故障的检测。关键需求的情况下,必须确保逆变器故障,无论是车辆和司机,分别由于无法控制的驾驶情况下,也没有汽车的电气系统受损1-4。有许多可能的失败影响电动机本身或逆变器。在这个贡献关键逆变器故障的影响,引起的脉冲抑制或逆变器关闭,例如损失或失败的开关信号和车辆上的后果和高压电气系统进行了分析。在这种情况下,失败的所有电力电子开关逆变器突然打开了。然后立即变更操作的机器模式从电动机到发电机,整流器和逆变器作为一个不受控制的。在这种贡献影响机器和汽车的电气系统进行了分析。为目标的操作在这个失效模式而不成问题的,因为转子励磁的直接减少。相反,不断激发的永磁同步电动机可以导致问题如果在深领域机器操作削弱地区以外的名义革命速度5。整整造型的组件驱动和车辆系统的造型语言Modelica6。第2章MODELICA模型,面向对象的仿真语言Modelica7,8在环境Dymola使用。Modelica是一个面向对象,面向多领域建模语言组件的复杂物理系统的建模。系统在Modelica模仿一个工程师构建一个真正的系统。每个组件都是身体所描述的代数和常微分方程。系统包含机械、电气、电子、液压、热、控制、电力或面向流程的子组件可以同时模拟和交互分析。在Modelica没有预定义的因果关系。模拟引Dymola9,作为建模与仿真环境,决定通过使用复杂的算法哪些变量是已知输入或可知输出变量和方程系统必须解决的最有效的方式。仿真模型的结构定义了变量的一组方程,从而得到解决。符号的转换和优化方程系统大大减少模拟时间。每个组件在Modelica处理作为对象,可以从其他类继承方程和参数。每个对象代表一个物理组件接口,称为连接器。这些连接器组件能够与其他对象有相同类型的连接器。物理连接器包括至少一个流和一个潜在变量。流变量例如电流、热流,扭矩,等和潜在变量电压、温度、角度等等。对于一个电连接器这样子connector Pinimport SI = Modelica.SIunits;flow SI.Current i;SI.Voltage v;end Pin;在当前充当流变量和电压aspotential变量。电感的模型有两个别针p和n将被描述为:model Inductorimport SI = Modelica.SIunits;parameter SI.Inductance L = 1;SI.Voltage v = p.v - n.v;SI.Current i = p.i;Pin p;Pin n;equationv = L * der(i);end Inductor;销p和n代表插销的两个实例。通过电感的电压等于电感乘以当前的导数。当连接两个组件(c1和c2)的声明connect(c1.p, c2.n);实例p和n的插销相连。现在他们只代表一个节点和方程c1:p:v = c2:n:v; (1)c1:p:i + c2:n:i = 0; (2)介绍了自动仿真工具。连接连接器的潜力是平等和电流进出连接器的总和等于零。第3章 仿真模型驱动模型:目标和所使用的永磁同步电动机的驱动模型在这个贡献是身体由代数和普通的微分方程描述为desrcibed10。图1显示了永磁同步电动机的模型和模型的磁铁(permanentMagnet)的空隙(airGapR),基本的电阻和电感和转子和定子的惯性。机器的电气行为可以调查以及热响应特定操作条件在牵引应用程序是非常重要的。这些机器模型都包含在免费Modelica标准库。他们代表不受控制的机器模型与详细的损失模型。在车辆应用程序控制电动驱动更大的重要性。操作机器的控制模式,例如磁场定向控制,适当的测量和控制块必须补充道。由于图1:Modelica永磁同步电动机的模型与plug_sn plug_sp代表电机三相连接器。支持和法兰的机械连接器是定子和转子轴,分别机器电快速瞬变的物理模型可以观察到由于绕组的电感和逆变器的开关操作。由于高开关频率降低这些影响开关的模拟速度但允许一个详细的分析影响机器的行为。应用程序,只有能源消耗在一个特定的驾驶感兴趣的循环,电快速瞬变效应不是非常重要的,因为它们对整体能耗的影响相当小。因此,也存在准稳机模型,这些电快速瞬变效应被忽视,因此仿真时间显著地减少。为此贡献瞬态效应是感兴趣的,因为行为后不久逆变器故障分析。模拟车辆配备了永磁同步电动机或目标。每台机器都有一个权力的47个千瓦在3000 rpm最多约11000 rpm。变换器模型:逆变器建模为一个理想化的组件有六个开关和相应的随心所欲的二极管如图2所示(一个)。生成的开关信号脉冲宽度调制模式。PWM模式提供了所需的开关信号来生成所要求的电压信号磁场定向控制模型。转换器是直接连接到直流(dc)链接的车辆所代表的高电压电池。逆变器的输出是一个三相电压可变频率和电压控制。开关频率是:图2:逆变器模型与电池左侧充当直流环节。图(一个)显示了配置逆变器脉冲抑制之前,而在图(b)所有开关都关闭,只有随心所欲的二极管表演。设置为只有10 kHz为了不要太长时间的模拟。然而,由于仍然高开关频率仿真时间必须界定很短的时间间隔约50 ms之前和之后的脉冲的开始抑制。车辆模型:Modelica车辆模型如图3所示。在这个模型中只模拟车辆的纵向行为。包括加速、减速和斜坡的轨道。没有横向加速度和部队造成转弯或其他被认为是三维效果。与大众(约1600公斤)和阻力区域的车辆产生的驾驶车辆的抗性(阻力和斜坡抗性)底盘的计算模型。轮胎的滚动阻力决定模型和依赖于道路和轮胎质量。在周期模型驱动周期的司机必须遵循。司机是塑造成一个简单的PI控制器。要求加速和制动信号生成的驱动程序是由控制器和转化为电机转矩引用值(MG)和电机控制器,分别。参考转矩值是美联储的磁场定向控制模型与逆变器位于电机模型。锂离子电池提供直流电压的高压电气系统和作为直流环节。供暖和空调等其它负载并不包含在这种类型的模型,因为只有逆变器故障状态和电气系统的反馈是感兴趣的。第4章 仿真结果在模拟的影响高压电力系统的逆变器故障分析。为研究电动逆变器故障的严重程度很大程度上取决于传动系的类型,这个场景在这个贡献是有限的前驱动汽车。此外,只有最坏的情况检查逆变器脉冲抑制或逆变器关闭,操作范围在深磁场减弱。磁场减弱区域输入期间驾驶速度超过名义机器速度。模拟初恒汽车时速120 km / h是假定它对应于一个革命的速度大约9500 rpm,而机器的额定速度是3000 rpm。逆变器的结构是如图2所示(一个)。在50毫秒的时间即时触发逆变器故障,逆变器改变脉冲抑制模式。所有逆变器的开关打开,只有随心所欲的二极管是活动的(图2(b)。机器的电压供应被中断,电机立即从电动机操作发电机模式变化。分析目标的结果可以看到,该行为是不成问题的。机器的转子磁通是由电流引起的定子磁场在转子酒吧。逆变器关闭的情况下转子与转子时间常数通量减少。因此fluxless转子没有在定子绕组感应电压发生器操作和不产生反向电流虽然机器是深高速旋转磁场减弱区域(图4)。因此,对整个高压电力系统的影响限制在一个小的时间直到通量和当前,分别在转子消失了。永磁同步电动机的情况有很大的不同。同步电机的转子磁体提供一个恒定激励在整个操作范围。低于一定的速度,源自永久磁铁感应电压低于直流环节电压。因此,逆变器脉冲抑制后没有电流流过二极管和输出转矩为零。当达到的电压限制,必须减少转子的通量为了进一步增加机器的速度。在这个所谓的通量弱化区域的不断激发磁铁由磁通抵消电流在转子d-axis减弱。在逆变器故障的情况下在这个操作区域,削弱d-current分解和开关信号如图5所示。然后永久磁铁的感应电压高于直流环节电压(图6)。如果是这样,只有依赖产生的电流直流环节之间的电位差和感应电压,二极管上的电压降,在机器内部阻抗。另外一个高制动力矩(图7)作用于机轴和车辆传动系构成重大风险在高速驾驶操作。汽车电驱动的制动转矩图3:Modelica车辆用永磁同步电动机的模型图4:特征电流的直流环节的目的在逆变器脉冲抑制车辆时速120公里/小时。脉冲抑制始于50微秒。会导致控制的驾驶情况下,必须避免。这可以通过更多的容错实现逆变器与优化控制算法或硬件11。仿真还显示,与减少电荷状态(SOC)的高电压电池,直流环节的反向电流上升由于感应电压和电池电压上升的潜在差异,实施进一步的问题电力电子设备和电池。机器运行在一个不受控制的状态,因此目前分为扭矩生产和不转矩产生电流。这些电流的总和是高的小SOC因为高电位差(图8),但分布取决于操作点。这意味着,SOC的减少并不会自动导致更高的制动转矩也如图9所示。图5:机器id电流的特性。前50毫秒控制当前id负责削弱转子磁通。脉冲抑制后的机器是不受控制的发电机。图6:电池的电压。随着SOC 0.88电池电压较高。在50微秒脉冲抑制后的电压标称电池电压上升明显。因此,反向电流流动。图7:机械转矩的特性。脉冲抑制始于50女士之后,机器立即改变其运营模式从电动机到发电机。在发电机模式大约-120海里的制动力矩作用于机器。图8:当前的特点在永磁同步电动机的直流环节逆变器脉冲抑制车辆速度120公里/小时的不同SOC。脉冲抑制始于50微秒。第五章 结论在这种贡献的影响逆变器故障脉冲抑制或逆变器关闭,分别在磁场减弱操作车辆电气系统的分析。当使用目的而影响小。因为转子磁通的目的是产生感应,通量下降迅速,转子时间常数当定子磁场关闭。在永磁同步电动机的转子磁链恒定由于永磁体构成高风险车辆安全特别是在深领域削弱地区。因此,对于临界牵引应用容错驱动器像目标或开关磁阻机是最安全的选择。点驱动逆变器更容错行为由于优化设置或优化控制算法对故障保险车辆的应用程序来说都是必不可少的。图9:机器智商电流的特性。在50毫秒控制当前的智商负责产生转矩。逆变器关闭后,机器是作为发电机,产生反向电流流动。几乎全电池的电流较低,因为较小的直流环节和机器电压之间的电位差参考文献1 Mellor, P. H., Allen, T. J., Ong R., Rahma, Z., “Faulted behaviour of permanent magnet electric vehicle traction drives”, IEEE InternationalElectric Machines and Drives Conference, IEMDC2003, Madison, Wisconsin,USA, 2003.2 M. Sarardar Zadeh, B. Asaei, M.Hamzeh, “Performance analysis ofan electric vehicle in faulty inverter mode”, 2nd IEEE InternationalConference on Power and Energy, PECon 08, Johor Baharu, Malaysia,2008.3 Weizhe Ma, Morimoto, M., “Emergency drive method for ev at theinverter fault”, International Conference on Electrical Machines andSystems, ICEMS2010, Incheon, Korea, 2010.4 Miyazaki, H., Ohmae, T., “Driving stability for electric vehicle withindependently driven two wheels in case of inverter failure”, 11thEuropean Conference on Power Electronics and Applications, EPE2005,Dresden, Germany, 2005.5 Jahns, T., Caliskan, V., “Uncontrolled generator operation of interior pm synchronous machines following high-speed inverter shutdown”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 35, No. 6, November/December 1999.6 Modelica Association, .7 H. Elmqvist, S. E. Mattsson, and M. Otter, “Object-oriented and hybridmodeling in modelica”, Dynasim AG, DLR Oberpfaffenhof, 2001.8 P. Fritzson