电动汽车电机控制器提高电压利用率的研究

发布时间：2017-09-29 11:24

  本文关键词：电动汽车电机控制器提高电压利用率的研究

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【摘要】：电机控制器是一种将直流逆变为交流的驱动装置,其逆变原理基于PWM(Pulse Width Modulation)技术,调制技术的重要指标是对直流电压的利用率。直流电压利用率的提高可以提高系统效率,扩展交流电机的调速范围,同时提高电机的输出功率。目前广泛采用的SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)技术相比较SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)已经很大程度上提高了电压利用率。本文以SVPWM为基础,,利用SVPWM技术和基于SVPWM的过调制技术,研发出一种新颖的矩形波电压控制技术,实现了电机控制器对直流电压的利用率从零连续过渡到最大。矩形波电压简单来说是指在一个电角度周期内高电平占空比0.5的方波,矩形波电压很难实现良好的控制。本文在介绍SVPWM的原理和实现方法的基础上,详细阐述了SVPWM的过调制策略和一种简单有效的过调制实现方法,并对矩形波电压进行了深入研究,提出一种电流闭环控制矩形波相位的控制策略,实现了电压利用率的最大化。本文首先介绍了电机控制器领域比较通用的SVPWM技术,重点阐述了SVPWM的理论基础及实现方法。先介绍了电机控制器的基本电气结构,详细说明了SVPWM的实现算法,以及用MATLAB搭建了SVPWM的仿真模型,并对其进行了仿真。然后,在SVPWM的基础上,介绍了基于SVPWM的过调制方法。在过调制区域,不同的过调制算法都会对目标空间电压矢量的幅值或者相位做相应处理。因此在过调制的策略上,根据对目标空间电压矢量的幅值和相位所做的处理,将过调制区域分为两个区。在过调制一区,不改变目标空间电压矢量的相位,只对幅值做一定的缩减,在过调制二区,对目标电压矢量的相位和幅值都按一定算法处理。最终实现了调制系数的连续过渡。过调制二区PWM波形的极限为六步阶梯波形,六步阶梯波形等价于矩形波电压。由此,本文将会重点阐述矩形波电压相位控制的原理和方法。矩形波电压的特点导致其无法控制幅值,只能对其相位进行控制。目前,交流电机普遍采用矢量控制的方法,本文将会简要阐述交流电机的矢量控制方程。利用矢量控制中的方程,本文将会介绍矩形波相位和电机方程的数学关系,由此阐述使用电流闭环来实现控制矩形波相位的原理,并分析了扭矩闭环控制矩形波相位的不足,最后也对控制算法做了仿真分析。
【关键词】：电压利用率 SVPWM 过调制 矩形波电压
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 电机控制器提高电压利用率的背景和意义10-11
• 1.2 提高电压利用率的研发概况11-13
• 1.2.1 SVPWM及其过调制的研究11-12
• 1.2.2 矩形波电压的研究12-13
• 1.3 本文提高电机控制器电压利用率的策略13-14
• 第2章 SVPWM的基本原理和实现算法14-24
• 2.1 电机控制器的的基本结构14-17
• 2.1.1 电机控制的结构14-15
• 2.1.2 逆变器的开关状态15-17
• 2.2 SVPWM的基本原理17-18
• 2.3 SVPWM的具体实现方法18-20
• 2.3.1 SVPWM法则推导18-19
• 2.3.2 合成矢量扇区判断19-20
• 2.4 基本矢量作用时间和三相PWM占空比计算20-22
• 2.5 SVPWM的MATLAB仿真模型22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 SVPWM过调制策略及其Simulink模型24-39
• 3.1 SVPWM线性调制区分析24-26
• 3.1.1 线性调制区24-25
• 3.1.2 基矢量幅值25
• 3.1.3 线性调制区的调制系数25-26
• 3.2 SVPWM的过调制区域26-28
• 3.3 SVPWM的过调制策略28-31
• 3.3.1 过调制一区的调制策略28
• 3.3.2 过调制二区的调制策略28-31
• 3.4 统一的过调制算法和Simulink模型搭建31-34
• 3.4.1 过调制的具体处理算法31-32
• 3.4.2 过调制Simulink模型搭建32-34
• 3.5 SVPWM过调制算法的仿真分析34-38
• 3.5.1 线性调制区过渡到过调制一区34-37
• 3.5.2 过调制二区仿真波形37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第4章 矩形波电压模式控制策略及其Simulink模型39-62
• 4.1 交流电机的矢量控制39-44
• 4.1.1 坐标变换39-42
• 4.1.2 交流电机的数学方程42-43
• 4.1.3 电机运行的约束条件43-44
• 4.2 矩形波相位控制的原理44-49
• 4.2.1 矩形波电压相位和参考电压矢量的相位的关系44-48
• 4.2.2 电压矢量的相位与电机运行的关系48-49
• 4.3 矩形波电压模式的相位控制策略49-50
• 4.3.1 扭矩闭环控制策略49
• 4.3.2 电流闭环控制策略49-50
• 4.4 基于电流闭环控制策略的仿真模型50-56
• 4.5 电流环控制矩形波相位的仿真分析56-58
• 4.6 矩形波模式提高电压利用率的仿真效果58-61
• 4.6.1 全速度范围的扭矩波形58-59
• 4.6.2 电机外特性和输出功率59-61
• 4.7 本章小结61-62
• 第5章 总结62-63
• 参考文献63-65
• 致谢65

【参考文献】

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本文编号：941732