curton

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【话题】SRM在电动汽车的应用和发展

2020-8-12 10:19:48 显示全部楼层
在环境环保方面,电动汽车也成为近年来的研究热点。电动汽车可以在城市交通中实现零排放或极低排放。他们在环境保护领域有着巨大的优势。各国都在大力发展电动汽车。电动汽车主要由电机驱动系统、电池系统和车辆控制系统三部分组成。电机驱动系统直接将电能转化为机械能,决定了电动汽车的性能指标。因此,驱动电机的选择就显得尤为重要。
1 电动汽车对驱动电机的要求
目前对电动汽车性能的评价主要考虑以下三个性能指标。(1)最大行驶里程(km):即电动汽车电池充满电后的最大行驶里程;(2)加速能力:电动汽车从静止加速到某一速度所需的最小时间;(3)最高速度(km/h):电动汽车所能达到的最高速度。针对电动汽车的驱动特性而设计的电机相对于工业电机有特殊的性能要求。(1)电动汽车驱动电机通常需要频繁的启动/停止、加速/减速,并且对转矩控制的动态性能要求较高;(2)为了减轻整车的重量,通常取消多速传动。这就要求电机在低速或爬升时能够提供更高的转矩,一般来说,必须能够承受4-5倍的过载;(3)要求调速范围尽可能大,同时需要在整个调速范围内保持较高的运行效率;(4)电动机设计在额定转速上尽可能高,同时铝合金外壳和高速电动机都尽可能使用小体积有利于减轻电动汽车的重量;(5)电动汽车应具有最优的能量利用,具有制动能量回收功能,再生制动回收的能量一般应达到总能量的10%-20%;(6)电动汽车使用的电机工作环境比较复杂和苛刻,要求电机具有良好的可靠性和环境适应性,同时保证电机生产成本不能太高。
2 几种常用的驱动电机比较
  
参数
  
直流电机
交流异步电机
永磁式电机
开关磁阻电机
功率密度
较高
峰值效率
较高
调速范围
较宽
较宽
较宽
很宽
强度可靠性
一般
很好
体积和重量
大、重
一般、一般
小、轻
小、轻
电机成本
很低
控制成本
一般
适用范围
低容量
一般工业
低震动、低温升
恶劣工作环境
综合性能
一般
2.1 在电机本体结构上,开关磁阻电机的结构比鼠笼式感应电机简单。它的突出优点是在转子上没有绕组,它只是由普通的硅钢片层压。整个电机的损耗大部分集中在定子绕组上,这使得电机制造简单,绝缘好,易于冷却,散热性能好。这种电机结构可以减小电机的尺寸和重量,可以以很小的体积获得。更大的输出功率。由于电机转子具有良好的机械灵活性,开关磁阻电机可用于超高速运行。
2.2 在电机驱动电路中,开关磁阻电机驱动系统的相电流是单向的,与转矩方向无关。只有一个主开关装置可以满足电机的四象限运行。电源转换电路与电机的励磁绕组直接串联,各相电路独立供电。即使电机的某个相位绕组或控制器发生故障,也只需要停止该相位,不会造成较大的影响。因此,无论是电机本身还是功率转换器都是非常安全可靠的,比异步电机更适合恶劣的环境。
2.3 在电机系统性能方面,开关磁阻电机有许多控制参数。通过适当的控制策略和系统设计,很容易满足电动汽车的四象限运行需求,在高速运行区域仍能保持良好的制动能力。开关磁阻电机不仅效率高,而且在调速范围宽的情况下还能保持高效率,这是其他类型电机驱动系统难以比拟的。这种性能非常适合电动汽车的运行,对提高电动汽车的行驶里程有很大的帮助。
3 SRM控制技术
SRM控制技术是20世纪80年代发展起来的一种新型传动控制系统。由于SRM控制系统由双凸结构的定子和转子电机、单边励磁方式以及开关式的供电电源组成,使得SRM控制系统成为一个多变量、强耦合,严重非线性系统,确定适当的控制技术来改善其性能指标。随着非线性控制理论的逐步发展和成熟,国内外学者对SRM控制技术进行了深入的研究。滑模变结构控制、神经网络控制、模糊控制等非线性控制技术不断地应用于SRM控制中,控制效果比较理想。
但是,要真正实现SRM的完美的控制,设计出高性能的SRM驱动控制系统,需要解决以下关键问题:
1)负载、惯性矩和相绕组电阻变化情况下的扰动观测器及自适应控制设计问题;
2)如何引入一些新的良好的非线性反馈设计结果,以及如何与扰动观测补偿设计有机结合来提高系统的整体性能;
3)控制方案下参数自整定问题;
4)如何从实际工程应用的角度适当简化算法参数,分析总结参数整定规律和物理意义,实现高性能SRM驱动控制系统。
SRM的研究已经取得了很大的发展。相信在未来的发展中,随着SRM的广泛应用会愈来愈凸显它的优势。

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