永磁同步电动机驱动的电动汽车仿真研究_图文

1、收稿日期:2006-09-02作者简介:刘素芳(1965-,女,河北蔚县人,张家口职业技术学院电气工程系讲师。永磁同步电动机驱动的电动汽车仿真研究刘素芳1,刘素芬2,刘素平3(1.张家口职业技术学院,河北张家口0750512.大同矿务局永定庄矿二校,山西大同0370003.张家口市第一公路工程公司,河北张家口075000摘要:在研究永磁同步电动机驱动系统的基础上,建立了永磁同步电动机驱动的电动汽车数学模型,并对拟开发电动汽车进行了计算机仿真,包括电动汽平路稳定转速运行仿真、变车速运行仿真等。仿真结果表明,所开发的永磁同步电动机驱动系统能够很好地满足电动汽车性能要求,永磁同步电动机在电动汽车驱动

2、中具有很大优越性。关键词:电动汽车;永磁同步电动机;计算机仿真中图分类号:T M341文献标识码:A 文章编号:1008-8156(200604-0029-04由于环境污染及石油危机的加剧,电动汽车的研究开发得到普遍重视和广泛关注。本文以永磁同步电动机作为电动汽车驱动系统,对电动汽车进行计算机仿真,给出了永磁同步电动机驱动系统的结构框图和仿真数学模型,对电动汽车进行了计算机仿真计算,仿真结果表明,这一电动汽车具有很好的性能指标。1.电动汽车用永磁同步电动机驱动系统结构永磁同步电动机系统是电动汽车的核心。图1为电动汽车用永磁同步电动机驱动系统的原理图,其中的永磁同步电动机经过一减速齿轮驱动电动汽

3、车车体,直流电压Udc 为供电蓄电池的输出电压。 电动机的指令转速n (相当于指令车速v 与实际反馈转速n (相当于实际车速的差值作为速度P I 调节器的输入,其输出经限幅后作为电机交轴给定电流i q,由电机实际转速确定的直轴给定电流id 连同交轴给定电流经坐标变换(坐标变换所需的位置信号由位置检测元件得到得到电机三相给定电流ia 、ib 、ic,这一给定电流与实际反馈电流ia 、ib 、ic 进行滞环比较,得到逆变器功率管的驱动信号,实现了电机转速、电流的双闭环控制。图1为电动汽车用永磁同步电动机驱动系统的原理图,第19卷第4期2006年12月张家口职业技术学院学报Journal of Zh

4、angjiakou Vocati onal College of Technol ogyVol .19No .4Dece mber,2006 2.永磁同步电动机驱动的电动汽车仿真数学模型2.1永磁同步电动机动态性能仿真数学模型永磁同步电动机具有正弦形的反电动势波形,其定子电压、电流也应为正弦波。假设电动机是线性的,参数不随温度等变化,忽略磁滞、涡流损耗,转子无阻尼绕组,那么基于转子坐标系(d q 轴系中的永磁同步电动机定子磁链方程为s d =L d i s d +rs q =L q i s q (2-1式中r 一转子磁钢在定子上的耦合磁链;Ld 、Lq 一永磁同步电动机的直、交轴主电感;i s

5、d 、i sq 一定子电流矢量的直、交轴分量:P M5M 定子电压方程为:s d =s i s d +s d -s q s q =s i s q +s q -s d (2-2s d 、s q :定子电压矢量的s的d 、q 轴分量;:转子角频率。P:为微分因子。把式2-1代入式2-2中得:s d =s i s d +L d i sd -L q i qs q =s i s q +L d i s q +L d i s d +r (2-3转矩方程为:T d =m (s d i s q -s q i s d =m r i s q +(L d -L q i s d i sq (2-4从上式可以看出,永磁同

6、步电动机的电磁转矩基本上取决于定子交轴电流分量和直轴电流分量,在永磁同步电动机中,由于转子磁链恒定不变,故均采用转子磁链定向方式来控制永磁同步电动机。在基速以下恒转矩运行区中,采用转子磁铁定向的P MS M ,定子电流矢量位于q 轴,无d 轴分量(i sd =0,即定子电流全部用来产生转矩,此时P M S M 的电压方程可写为:s d =-L d iss q =s i s +L q i s +r (2-5电磁转矩方程为:T d =m r i s(2-62.2速度P I 调节器速度调节器决定电动汽车(电动机的动、静态性能,其输入为电动汽车指令车速(电动机指令转速和电动汽车实际车速(电动机实际反馈

7、转速的差值,输出为电动机交轴电流的给定值iq 。电动汽车驱动系统的速度调节器采用比例积分控制(P I控制,其控制规律为i sd =K (+1T idt (2-7离散格式为i s q (j =i s q (j -1+K (j -(j -1=+K i i (j (2-8式中kp 、ki 、Ti 分别为比例系数、积分系数和积分时间常数。当速度偏差很大时,速度调节器处于饱和状态,此时必须对其输出进行限幅。这一限幅值可在保证逆变器安全运行的前提下,根据电动汽车的不同加减速要求而人为给定。3.永磁同步电机驱动的电动汽车仿真根据上述数学模型,用M atlab 语言编制了仿真软件,并对一台微型电动汽车(电动客

8、车进行了计算机数字仿真,永磁同步电动机参数参数分别见表1。2006年12月张家口职业技术学院学报第4期表1永磁同步电机的参数项目数值电动机功率W 直流电压V,额定转矩NM ,定子相绕组电阻,定子d 相绕组电感H,q 相绕组电感H,额定转速转/分,极对数 026Lq =0.065J =0.0018n =3000np =43.1电动汽车稳态性能仿真图2为电动汽车给定40k m /h 车速时的仿真特性曲线。可以看出,电动汽车能够在5.4s 时间内从静止达到给定经济车速(40k m /h ,说明本样机系统驱动的电动汽车具有极强的起动加速能力;同时可以看出,经济车速稳态行驶时,所需电机转矩较小,因此需要

9、较小的蓄电池放电电流,从而使电动汽车具有较长的一次充电续行里程。图2给定40k m /h 时车速的仿真曲线3.2电动汽车车速突变时性能仿真图3为电动汽车车速突变时车速仿真特性曲线。其中,正常行驶车速为30k m /h,在4.4s 时刻给定车速变为40k m /h 。可以看出,车速突变时,电机输出转矩迅速变为其最大值,使电动汽车在1.4s 内车速由30k m /h 变为40k m /h 。电动汽车的降速过程同升速类似。2006年12月刘素芳,刘素芬,刘素平永磁同步电动机驱动的电动汽车仿真研究第4期 图3电动汽车车速突变时的仿真曲线4.结论本文给出了永磁同步电动机驱动系统的原理性结构图,在此基础上

10、研究了以永磁同步电动机作为驱动系统的电动汽车仿真数学模型,针对已实际开发成功的电动汽车用永磁同步电动机驱动系统,应用于一微型电动客车,对该电动汽车进行计算机仿真,仿真结果表明,所开发的驱动系统具有良好的性能,能够满足电动汽车的驱动性能要求。参考文献:1Chan C C,Chou K T .An overvie w of power electr onics in electric vehicles J .I EEE Trans .on I nd .Electr o .1997,44(1:3-13.2Shi m izu H,Harada J,B land C,etc .Advanced conc

11、ep ts in electric vehicle design J .I EEE Trans .on I nd .Electr onics .1997,34:14-18.3徐衍亮.电动汽车用永磁同步电动机及其驱动系统研究D .沈阳工业大学博士学位论文,2001.4唐任远,等.现代永磁电机理论与设计M .北京:机械工业出版社,1997,252-265.The S i m ul a tion Study of Electr i c Veh icle D r i ven by Permanen tM agnet SynchronousM otor SystemL I U Su -fang 1,L

12、I U Su -fen 2,L I U Su -p ing3(1.Zhangjiakou Vocati onal College of Technol ogy ,Zhangjiakou,Hebei,0750512.No .2Pri m ary School in Yongding V illage of Dat ongM ine Bureau ,Dat ong,Shanxi 0370003.Zhangjiakou No .1H igh W ay Engineering Company,Zhangjiakou ,Hebei,075000Abstract:The mathematic model

13、of electric vehicle (E V driven by per manent magnet synchr onous mot or (P MS M is estab 2lished,on the basis of which,the perfor mance si m ulati on of devel op ing E V is done including the accelerati on,s peed -variable running and s o on .It is verified that the E V e mp l oys a good perf or mance whe