專利名稱：電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可應(yīng)用于高電壓大功率的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，屬于電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
背景技術(shù)：
永磁電機(jī)具有功率密度 高、出力大等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足低速大轉(zhuǎn)矩、高功率密度的要求，但存在適應(yīng)轉(zhuǎn)速范圍較窄、弱磁升速和調(diào)壓控制困難的問題。為此各國學(xué)者對(duì)永磁電機(jī)提出了各種改進(jìn)措施，如改進(jìn)永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)及磁路，提出新型混合勵(lì)磁結(jié)構(gòu)以及特殊控制策略等方案，這些方案雖然在一定程度上達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的目的，但犧牲了永磁電機(jī)自身的功率密度、效率等性能，降低了永磁電機(jī)應(yīng)用于電動(dòng)汽車的優(yōu)越性。TakahashiI首次提出一種繞組開路型異步電機(jī)，它兩端連接2套逆變器。通過各逆變器協(xié)調(diào)控制，提高異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和頻帶范圍將永磁同步電機(jī)的三相定子繞組的連接中性點(diǎn)分開，使電機(jī)呈現(xiàn)開繞組結(jié)構(gòu)，各相獨(dú)立工作，有效消除繞組之間的影響，提高電機(jī)自身的可靠性，相比于傳統(tǒng)的兩電平逆變器，開繞組的雙逆變器結(jié)構(gòu)能夠在較低的開關(guān)頻率下使輸出電壓的諧波含量減小，輸出電壓等級(jí)提高，同時(shí)，有效解決了電動(dòng)汽車用永磁電機(jī)調(diào)速困難等問題。由于永磁電機(jī)的定轉(zhuǎn)子磁路沒有改變，電機(jī)具有高功率密度、高效率等優(yōu)點(diǎn)。因此，有必要提出一種基于開繞組式永磁同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明針對(duì)車載電池容量限制和功率開關(guān)電壓電流能力限制之下驅(qū)動(dòng)功率等級(jí)低、存在共模電壓，以及現(xiàn)有電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)存在調(diào)壓困難等問題，提出電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中逆變器驅(qū)動(dòng)功率密度低、輸出電壓諧波大和弱磁調(diào)速困難等問題，采用單電源的供電方式，同時(shí)對(duì)雙逆變器的空間矢量調(diào)制技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，可抑制共模電壓。本發(fā)明的內(nèi)容是圍繞電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括直流電壓源、第一逆變器、第二逆變器、電容、開繞組永磁同步電機(jī)、共模電壓抑制矢量；第一逆變器、第二逆變器、電容并聯(lián)接在直流電壓源的兩端，開繞組永磁同步電機(jī)的三個(gè)繞組的一端分別接在第一逆變器的三個(gè)輸出端上，開繞組永磁同步電機(jī)的三個(gè)繞組的另一端分別接在第二逆變器的三個(gè)輸出端上；共模電壓抑制矢量H、J、L、N、Q、S調(diào)制成6組驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)接第一逆變器和第二逆變器(3)的6組晶體管基極控制端；永磁同步電機(jī)繞組采用開繞組結(jié)構(gòu)，其六根端引線分別接于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的兩電平逆變器，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)僅由一個(gè)直流電源供電，調(diào)制時(shí)采用不含共模電壓的電壓空間矢量。直流電源采用標(biāo)稱電壓為300V的電動(dòng)汽車車載蓄電池組。第一逆變器和第二逆變器均是電壓型逆變器，該雙逆變器結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)三電平輸出。雙逆變器結(jié)構(gòu)在空間可產(chǎn)生19個(gè)電壓空間矢量，有7個(gè)空間矢量不產(chǎn)生共模電壓，它們位于空間位置H、J、L、N、Q、S和O處；對(duì)位于H、J、L、N、Q、S和O處的電壓矢量進(jìn)行調(diào)制，可有效抑制共模電壓。有益效果(I)雙逆變器結(jié)構(gòu)相比常見二極管鉗位型、飛躍電容型三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減小了功率器件的數(shù)量，不存在中點(diǎn)電壓不平衡等問題，特別適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)工況，減小了驅(qū)動(dòng)裝置的體積、重量和制造成本。(2)每一功率開關(guān)器件只需在1/2最大供電電壓下工作，降低了開關(guān)損耗，逆變器的效率得到提聞。(3)傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)三相定子繞組中性點(diǎn)分開，使電機(jī)繞組可以獨(dú)立工作，有效 消除繞組之間的影響，提高電機(jī)自身的可靠性。(4)開繞組的雙逆變器結(jié)構(gòu)能夠在較低的開關(guān)頻率下使輸出電壓的諧波含量減小，輸出功率等級(jí)提聞。(5)采用單電源的供電模式，調(diào)制時(shí)通過對(duì)電壓空間矢量的有效選擇，可抑制共模電壓，使電動(dòng)汽車能夠平穩(wěn)行駛。(6)開繞組永磁同步具備很強(qiáng)的容錯(cuò)能力，再結(jié)合高性能的控制算法，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的不間斷運(yùn)行，避免事故和災(zāi)難發(fā)生。(7)單電源的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，且易于蓄電池充放電的優(yōu)化管理，適用于電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。其中有直流電壓源I、第一逆變器2、第二逆變器3、電容4、開繞組永磁同步電機(jī)
5、共模電壓抑制矢量6。圖2為本發(fā)明的雙逆變器供電時(shí)的電壓空間矢量分布圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。 本發(fā)明提供的電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將三相永磁同步電機(jī)定子繞組中性點(diǎn)分開，六根端引線分別接于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電壓型兩電平逆變器，系統(tǒng)僅由一個(gè)直流電源供電，可實(shí)現(xiàn)三電平輸出。系統(tǒng)既繼承三電平逆變器的優(yōu)點(diǎn)又減少了功率器件的數(shù)量，可應(yīng)用在電動(dòng)汽車等對(duì)功率要求比較高的驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域；單電源的緊湊型設(shè)計(jì)，提高了裝置的可靠性，節(jié)省了空間，同時(shí)在不增加冗余開關(guān)器件或控制方法基礎(chǔ)上僅對(duì)空間電壓矢量的有效選擇，就能起到抑制共模電壓的效果。該裝置包括直流電壓源I、第一逆變器2、第二逆變器3、電容4、開繞組體永磁同步電機(jī)5、共模電壓抑制矢量6。所述第一驅(qū)動(dòng)逆變器2連接永磁同步電機(jī)繞組的一端，第二逆變器3連接到繞組另一端。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是與已有共模電壓抑制技術(shù)相比，只需有效選擇空間電壓矢量便可對(duì)系統(tǒng)共模電壓進(jìn)行抑制，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；與已有電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，在車載電池容量和功率開關(guān)電壓電流能力限制之下可提高系統(tǒng)總功率，易于蓄電池充放電管理優(yōu)化，提高電動(dòng)汽車的運(yùn)行性能和可靠性。本發(fā)明公開電動(dòng)汽車單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，充分利用電壓空間矢量調(diào)制原理，通過電壓空間矢量的有效選擇，實(shí)現(xiàn)無共模電壓的輸出，解決了傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的缺點(diǎn)，同時(shí)單電源的設(shè)計(jì)，使電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更緊湊，減小裝置的體積。該裝置配有兩個(gè)互補(bǔ)對(duì)稱逆變器，由一個(gè)直流電壓源供電，與傳統(tǒng)的單逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，提高了直流電源的利用率，輸出電壓諧波含量低，兩個(gè)逆變器配合工作，可實(shí)現(xiàn)三電平輸出，并且能夠在較低的開關(guān)頻率下使輸出電壓的諧波含量減小。所述的第一逆變器(2)、第二逆變器(3)均是標(biāo)準(zhǔn)的兩電平電壓型逆變器。所述的單電源(I)采用標(biāo)稱電壓為300V的電動(dòng)汽車車載蓄電池組。所述的電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)包括矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等多種驅(qū)動(dòng)形式?！け景l(fā)明采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)可以得到26=64個(gè)開關(guān)狀態(tài)，但這64個(gè)開關(guān)狀態(tài)中存在冗余項(xiàng)，在空間上只能產(chǎn)生18個(gè)非零空間矢量和I個(gè)零矢量。對(duì)于單獨(dú)每個(gè)逆變器來講可能存在共模電壓，但是由兩逆變器空間矢量疊加，合成空間矢量對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生共模電壓。選取不同的空間矢量，產(chǎn)生的共模電壓((UalJUblJUc^-Ua2t/-Ub2/ -Uc2/ )/3)不同。對(duì)于如圖2所示的19個(gè)電壓空間矢量，有7個(gè)空間矢量不產(chǎn)生共模電壓，它們位于空間位置H、J、L、N、Q、S和O處。對(duì)位于H、J、L、N、Q、S和O處的電壓矢量進(jìn)行調(diào)制，可有效抑制共模電壓。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括直流電壓源⑴、第一逆變器⑵、第二逆變器⑶、電容⑷、開繞組永磁同步電機(jī)(5)、共模電壓抑制矢量(6);第一逆變器(2)、第二逆變器(3)、電容⑷并聯(lián)接在直流電壓源(I)的兩端，開繞組永磁同步電機(jī)(5)的三個(gè)繞組的一端分別接在第一逆變器(2)的三個(gè)輸出端上，開繞組永磁同步電機(jī)(5)的三個(gè)繞組的另一端分別接在第二逆變器(3)的三個(gè)輸出端上；共模電壓抑制矢量(6) H、J、L、N、Q、S調(diào)制成6組驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)接第一逆變器(2)和第二逆變器(3)的6組晶體管基極控制端； 永磁同步電機(jī)繞組采用開繞組結(jié)構(gòu)，其六根端引線分別接于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的兩電平逆變器，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)僅由一個(gè)直流電源(I)供電，調(diào)制時(shí)采用不含共模電壓的電壓空間矢量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于直流電源(I)采用標(biāo)稱電壓為300V的電動(dòng)汽車車載蓄電池組。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于第一逆變器(2)和第二逆變器(3)均是電壓型逆變器，該雙逆變器結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)三電平輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于雙逆變器結(jié)構(gòu)在空間可產(chǎn)生19個(gè)電壓空間矢量，有7個(gè)空間矢量不產(chǎn)生共模電壓，它們位于空間位置H、J、L、N、Q、S和O處；對(duì)位于H、J、L、N、Q、S和O處的電壓矢量進(jìn)行調(diào)制，可有效抑制共模電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車用單電源開繞組永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將三相永磁同步電機(jī)定子繞組六根端引線分別接于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的兩電平逆變器，系統(tǒng)僅由一個(gè)直流電源供電，通過空間矢量脈寬調(diào)制后所產(chǎn)生的電壓空間矢量，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的圓形磁場(chǎng)。該裝置包括直流電壓源(1)、第一逆變器(2)、第二逆變器(3)、電容(4)、開繞組永磁同步電機(jī)(5)、共模電壓抑制矢量(6)。所述第一驅(qū)動(dòng)逆變器連接永磁同步電機(jī)繞組的一端，第二逆變器連接到繞組另一端。這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)繼承了三電平逆變器的優(yōu)點(diǎn)，并減少了功率器件的數(shù)量，可應(yīng)用在高電壓大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域；單電源的緊湊型設(shè)計(jì)，提高了裝置的可靠性，同時(shí)在不增加冗余開關(guān)器件基礎(chǔ)上僅對(duì)空間電壓矢量的有效選擇，就能起到抑制共模電壓的效果。
文檔編號(hào)H02P27/08GK102882459SQ20121040453
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者樊英, 於鋒, 鄒國棠, 程明, 魏夢(mèng)颯 申請(qǐng)人:東南大學(xué)