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永磁同步电机制动能量回收系统的控制方法

永磁同步电机制动能量回收系统的控制方法
永磁同步电机制动能量回收系统的控制方法

制动能量回收技术现状及发展趋势

研究生课程考核试卷 (适用于课程论文、提交报告) 科目:汽车技术现状及发展趋势教师:贺岩松姓名:赵金龙学号:20110702218 专业:车辆工程类别:学术 上课时间:2011年11月至2011年11月 考生成绩: 阅卷评语: 阅卷教师(签名) 重庆大学研究生院制

再生制动技术现状及发展趋势 摘要 随着新能源危机的加剧,混合动力汽车和纯电动汽车已经成为新一代汽车的发展方向,而再生制动技术作为混合动力汽车和电动汽车的一向重要节能技术,已经得到越来越大的重视。再生制动技术使汽车在制动过程中将一部分动能转化为电能并储存在储能装置中,实现了制动减速时的能量再利用。本文对再生制动的工作原理、技术发展现状进行了详细的阐述,并提出日后的发展趋势。 关键词:制动能量;制动能量回收;发展现状 Regenerative Braking Technology Status and Development Trends ABSTRACT With the new energy crisis intensifies, hybrid vehicles and pure electric vehicles has become the new direction of next generation car, and regenerative brakingtechnology as an important energy-saving technology for hybrid vehicles and electric cars has been paid more and more attention.During braking, part of the kinetic energywill be turn into electrical energy by regenerative braking technology so that we can achieve the energy re-use when the car speed is brakingdeceleration .In this paper, regenerative braking technology works and research status has been elaborated in detail and proposed the future development trend. Key words:Braking energy; Energy regeneration and use; Research status

纯电动汽车制动能量回收技术

纯电动汽车制动能量回 收技术 Document number:PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

纯电动汽车制动能量回收技术 电动汽车制动能量回收技术是利用汽车在踩动刹车进行减速时将制动效能转变为电能储存并回收到电池当中,摩擦能量没有被浪费掉而是变相扩充了电池的容量,增加了纯电动汽车的续航里程,并且减少了刹车系统耗材的磨损。 电动汽车在“新能源”话题备受瞩目的今日已经不是个陌生词语,但是电动汽车的历史比大多数人想像得要长很多。1896年还推出了为电动车换电的服务,也就是我们今天所说的“充电桩”的雏形[仇建华,张珍,电动汽车制动能量回收方式设计[J].上海汽车.2012,12.];在十九世纪末二十世纪初的交通大变革中,电动汽车作为一种新型事物快速成长但又迅速陨落。有社会环境的影响也有自身条件的限制。 目前常见的纯电动汽车,其动力电池组、电池变换器和电动机之间为电气连接,电动机、减速器和车轮之间为机械连接。 纯电动汽车制动能量回收技术研究背景 ?动车从登上历史的舞台开始,续航性能如何提升一直是人们争议很大的点。从根本上来说,续航能力可以通过

改进蓄能和驱动方式来提高,除此之外,制动能量回收也是重要的方式之一。 制动能量回收,简单来说,就是把电动汽车的电机组中无用的部分、不需要的部分,甚至有害的惯性转动带来的动能转化为电能,并返回给蓄电池,与此同时产生制动力矩,使电动机快速停止惯性转动,这整个过程也就成为再生制动过程[叶永贞,纯电动汽车制动能量回收系统研究[D].山东:青岛理工大学,2013.]。 电动汽车发展至今,已有大部分安装了类似装置以节约制动能,经过研究发现,在行驶路况频繁变化的路段,制动能量回收技术可以增加20%左右的续驶里程。 制动能量回收方法 制动能量回收方法有常见三种: 飞轮蓄能。特点:①结构简单;②无法大量蓄能。 液压蓄能。特点:①简便、可大量蓄能;②可靠性高。 蓄电池储能。特点:①无法大量蓄能②成本太高。 电动汽车制动能量回收系统的结构 无独立发电机的制动能量回收系统。①前轮驱动制动能量回收系统;②全轮驱动能量回收制动系统。有独立发电机的制动能量回收系统。 系统传动方式

永磁同步电动机矢量控制(结构及方法)

第2章永磁同步电机结构及控制方法 2.1 永磁同步电机概述 永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同,但它以永磁体提供的磁通替代后的励磁绕组励磁,使电动机结构较为简单,降低了加工和装配费用,且省去了容易出问题的集电环和电刷,提高了电动机运行的可靠性;又因无需励磁电流,省去了励磁损耗,提高了电动机的效率和功率密度。因而它是近年来研究得较多并在各个领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。 永磁同步电动机分类方法比较多:按工作主磁场方向的不同,可分为径向磁场式和轴向磁场式;按电枢绕组位置的不同,可分为内转子式(常规式)和外转子式;按转子上有无起绕组,可分为无起动绕组的电动机(用于变频器供电的场合,利用频率的逐步升高而起动,并随着频率的改变而调节转速,常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的电动机(既可用于调速运行又可在某以频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩起动,常称为异步起动永磁同步电动机);按供电电流波形的不同,可分为矩形波永磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。异步起动永磁同步电动机用于频率可调的传动系统时,形成一台具有阻尼(起动)绕组的调速永磁同步电动机。 永磁同步伺服电动机的定子与绕组式同步电动机的定子基本相同。但根据转子结构可分为凸极式和嵌入式两类。凸极式转子是将永磁铁安装在转子轴的表面,如图 2-1(a)。因为永磁材料的磁导率十分接近空气的磁导率,所以在交轴(q 轴)、直轴(d 轴)上的电感基本相同。嵌入式转子则是将永磁铁安装在转子轴的内部,如图 2-1(b),因此交轴的电感大于直轴的电感。并且,除了电磁转矩外,还有磁阻转矩存在。 为了使永磁同步伺服电动机具有正弦波感应电动势波形,其转子磁钢形状呈抛物线状,其气隙中产生的磁通密度尽量呈正弦分布;定子电枢绕组采用短距分布式绕组,能最大限度地消除谐波磁动势。永磁体转子产生恒定的电磁场。当定子通以三相对称的正弦波交流电时,则产生旋转的磁场。两种磁场相互作用产生电磁力,推动转子旋转。如果能改变定子三相电源的频率和相位,就可以改变转子的转速和位置。

纯电动汽车制动能量回收技术

纯电动汽车制动能量回收技术 电动汽车制动能量回收技术是利用汽车在踩动刹车进行减速时将制动效能转变为电能储存并回收到电池当中,摩擦能量没有被浪费掉而是变相扩充了电池的容量,增加了纯电动汽车的续航里程,并且减少了刹车系统耗材的磨损。 电动汽车在“新能源”话题备受瞩目的今日已经不是个陌生词语,但是电动汽车的历史比大多数人想像得要长很多。1896年还推出了为电动车换电的服务,也就是我们今天所说的“充电桩”的雏形[仇建华,张珍,电动汽车制动能量回收方式设计[J].上海汽 车.2012,12.];在十九世纪末二十世纪初的交通大变革中,电动汽车作为一种新型事物快速成长但又迅速陨落。有社会环境的影响也有自身条件的限制。 目前常见的纯电动汽车,其动力电池组、电池变换器和电动机之间为电气连接,电动机、减速器和车轮之间为机械连接。 纯电动汽车制动能量回收技术研究背景 ?动车从登上历史的舞台开始,续航性能如何提升一直是人们争议很大的点。从根本上来说,续航能力可以通过改进蓄能和驱动方式来提高,除此之外,制动能量回收也是重要的方式之一。 制动能量回收,简单来说,就是把电动汽车的电机组中无用的部分、不需要的部分,甚至有害的惯性转动带来的动能转化为电能,并返回给蓄电池,与此同时产生制动力矩,使电动机快速停止惯性转动,这整个过程也就成为再生制动过程[叶永贞,纯电动汽车

制动能量回收系统研究[D].山东:青岛理工大学,2013.]。 电动汽车发展至今,已有大部分安装了类似装置以节约制动能,经过研究发现,在行驶路况频繁变化的路段,制动能量回收技术可以增加20%左右的续驶里程。 制动能量回收方法 制动能量回收方法有常见三种: 飞轮蓄能。特点:①结构简单;②无法大量蓄能。 液压蓄能。特点:①简便、可大量蓄能;②可靠性高。 蓄电池储能。特点:①无法大量蓄能②成本太高。 电动汽车制动能量回收系统的结构 无独立发电机的制动能量回收系统。①前轮驱动制动能量回收系统;②全轮驱动能量回收制动系统。有独立发电机的制动能量回收系统。 系统传动方式 液压混合动力系统的系统传动方式有四种:串联式;并联式;混联式;轮边式。 串联式混合动力驱动系统。串联式混合动力驱动系统,动力源有:发动机和高压蓄能器。 这种方式只适合整车质量小、车速不能过高的小型公交车等。 并联式混合动力驱动系统。并联式混合动力驱动系统动力源是发动机和高压蓄能器。但并联式车辆在制动能量再生系统不工作或出故障时可以由发动机单独直接驱动车辆。 并联式系统的驱动路线有两条,一条是由发动机传给变速器,

永磁同步电机控制方法以及常见问题

永磁同步电机控制方法以及常见问题永磁同步电机控制方法以及常见问题。永磁同步是电流源控制模式,电流源频率定了,当然转速也定了,所有你看的永磁同步设置多少转速计算出来也是多少转速。 1.掌握永磁同步电机的成熟控制方法和开发内容后如何转型 (1)仿真:连续simulink+线性电机模型仿真,离散模型+线性电机+线性电机模型,q 格式离散模型+线性电机模型,simplorer+ansoft+无位置开环和闭环q格式仿真,模拟实际电机的线性电机模型建立,matlabgui+simulink仿真。都是无位置开环切闭环模式,各种仿真变着花样玩,ekf,hfi,pll,atan,磁连观测,扩展反电视等各种无位置仿真。仿真和实际跑板子其实只要电流采样底层做得好,过调制出得来都可以和仿真对的上。 (2)电机参数识别,通过变频器激励与响应实现,其余的表示不靠谱,可以在电机启动前10s内辨识出来。没啥用。 (3) 控制性能优化,6次谐波自适应陷波滤波,sogi等手段。 (4) 压缩机驱动自动力矩补偿。

(5) svpwm简单快速实现与单电阻采样结合研究。 (6) 各种各样电机调试与性能测试,我调试的电机型号应该有上千款了,仅限于 10w-20kw永磁同步电机,都快调试吐了,测试电机单体性能,带变频器运行极限测试 2.永磁同步电机初始角设置的问题 电机控制的调试里除却方波驱动,基本都会有一个类似于超前角的变量,该变量非常重要,直接影响速度,效率和抖动性。改变该角可以降低输出转矩,但可能会带来其他问题。 旋转转子使d轴指向A+与A-的中心线,就找到了初始角!但是对模型的初始角修改一下之后,在同样Thet角下,转矩下降好多!现在问题是在在修改初始角之后输出转矩能够稳定吗?这个输出转矩应该是与负载大小有关! 修改后的初始角与原来A相反电势为0对应的初始角,他们对应的输出转矩一定会变化的,且修改后的初始角中设定的功率角不是真正的模型功率角;至于设定负载我还没尝试过,不过我觉得你说的应该是对的。 其实我刚开始主要是对修改初始角后模型输出转矩稳定性有疑问,按照你的说法现在转矩应该是稳定的!那么对于一个永磁同步电机模型,峰值转矩可以达到,但是要求的额定转矩却过大,当修改模型之后达到要求的额定转矩时,峰值转矩却达不到,敢问你觉得应该从方面修改模型??或是我修改模型的思路有问题 3.永磁同步电机控制的建模问题讨论,如模型仿真慢、联合仿真问题、PI控制问题等 两种控制方式不一样的所有输出量不一样。 永磁同步是电流源控制模式,电流源频率定了,当然转速也定了,所有你看的永磁同步设置多少转速计算出来也是多少转速。 无刷电机是电压源控制模式,而且计算出来都是开环的。性能由空载转速,电阻,电感

永磁同步电机控制系统仿真模型的建立与实现资料

永磁同步电机控制系统仿真模型的建立与 实现

电机的控制 本文设计的电机效率特性如图 转矩(Nm) 转速(rpm) 异步电机效率特性 PMSM 电机效率特性 本文设计的电动汽车电机采用SVPWM 控制技术是一种先进的控制技术,它是以“磁链跟踪控制”为目标,能明显减少逆变器输出电流的谐波成份及电机的谐波损耗,能有效降低脉动转矩,适用于各种交流电动机调速,有替代传统SPWM 的趋势[2]。 基于上述原因,本文结合0=d i 和SVPWM 控制技术设计PMSM 双闭环PI 调速控制。其中,内环为电流环[3],外环为速度环,根据经典的PID 控制设计理论,将内环按典型Ⅰ系统,外环按典型Ⅱ系统设计PI 控制器参数[4]。 1. PMSM 控制系统总模型 首先给出PMSM 的交流伺服系统矢量控制框图。忽略粘性阻尼系数的影响, PMSM 的状态方程可表示为 ??????????-+????????????????????----=??????????J T L u L u i i P J P L R P P L R i i L q d m q d f n f n m n m n m q d ///002/30//ωψψωωω& && (1) 将0=d i 带入上式,有 ???? ??????-+??????????? ??? ??--=????? ?????J T L u L u i J P P L R P i i L q d m q f n f n m n m q d ///02/3/0ωψψωω& && (2) 转 矩 (N m )转速 (n /(m i n )) 效率 转速 (rpm) 转矩 (N m )

(完整word版)开题报告:永磁同步电机控制系统仿真

1.课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 近年来,随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电动机控制理论的发展,交流伺服控制技术有了长足的进步,交流伺服系统将逐步取代直流伺服系统,借助于计算机技术、现代控制理论的发展,人们可以构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此,近年来,世界各国在高精度速度和位置控制场合,己经由交流电力传动取代液压和直流传动[1][2]。 二十世纪八十年代以来,随着价格低廉的钕铁硼(REFEB)永磁材料的出现,使永磁同步电机得到了很大的发展,世界各国(以德国和日本为首)掀起了一股研制和生产永磁同步电机及其伺服控制器的热潮,在数控机床、工业机器人等小功率应用场合,永磁同步电机伺服系统是主要的发展趋势。永磁同步电机的控制技术将逐渐走向成熟并日趋完善[3]。以往同步电机的概念和应用范围己被当今的永磁同步电机大大扩展。可以毫不夸张地说,永磁同步电机已在从小到大,从一般控制驱动到高精度的伺服驱动,从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现,而且前景会越来越明显。 由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低,易于散热及维护等优点,特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现,在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中,永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐,其应用领域逐步推广,尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合获得广泛的应用[4][5]。 尽管永磁同步电动机的控制技术得到了很大的发展,各种控制技术的应用 - 1 -

车辆制动能量回收

低碳世博,能源再利用—— 基于超级电容的城市轨道车辆制动能量回收 1 概述 由于城市轨道车辆具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点,世界各国普遍认识到,解决城市交通问题的根本出路在于优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通系统。随着我国经济的高速发展、城市化进程的不断加快,城市轨道交通将在我国城市公共交通运输中占有越来越越重要的地位。到目前为止我国已有北京、上海、广州、深圳、武汉等城市已经运行,截至2009年9月,我国有27个城市正在筹备建设城市轨道交通,其中22个城市的轨道交通建设规划已经获得国务院批复。至2015年,北京、上海、广州、深圳等22个城市将建设79条轨道交通线路,总长度为2259.84公里,计划总投资8820.03亿元。 城市轨道交通列车的特点就是线路的站间距短,列车运行时频繁地起动、制动,基本上在列车达到最高速时很快就会制动。目前,我国地铁列车大都采用接触网/轨直流供电, 牵引系统大都是变压变频的交流传动系统。列车牵引时从电网吸收能量,制动时采用反馈制动把制动能量反馈回电网, 根据经验,地铁再生制动产生的能量除了一定比例(一般为20%~80%,根据列车运行密度和区间距离的不同而异)被其他相邻列车吸收利用外,剩余部分将主要被列车的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。当列车发车密度较低时,再生能量被其他车辆吸收的概率将大大降低。资料表明,当列车发车间隔大于10 min 时,再生制动能量被吸收的概率几乎为零,此时绝大部分制动能量将被车辆吸收电阻吸收,变成热能并向四外散发,这必将使隧道和站内的温度升高。目前国内城市轨道交通在地面采用电阻能耗吸收装置处理列车运行过程中的再生能量,这不仅浪费能量,而且也增加了站内空调通风装置的负担,并使城轨建设费用和运行费用增加。如能将这部分能量储存再利用,这些问题将迎刃而解。 2 可行性分析 城市轨道交通车辆制动能量是否具有回收的可行性,需要对制动能量进行合理计算,并根据其大小确定制动能量是否具有实际回收价值。现以一列上海轨道交通2号线6节车辆编组为例(4节动车,2节拖车),设轨道车辆的制动初速度为70km/h (V1) ,制动末速度为8km/h (V2),M为车辆和载客质量,则利用公式(1)计算电制动能量。(1)

基于MTPA的永磁同步电动机矢量控制系统分解

基于MTPA的永磁同步电动机矢量控制系统 1 引言 永磁同步电动机由于自身结构的优点,再加上近年来永磁材料的发展,以及电力电子技术和控制技术的发展,永磁同步电动机的应用越来越广泛。而对于凸极式永磁同步电动机,由于具有更高的功率密度和更好的动态性能,在实际应用中越来越受到人们的重视[1]。 高性能的永磁同步电动机控制系统主要采用的矢量控制。交流电机的矢量控制由德国学者blaschke在1971年提出,从而在理论上解决了交流电动机转矩的高性能控制问题。该控制方法首先应用在感应电机上,但很快被移植到同步电机。事实上,在永磁同步电动机上更容易实现矢量控制。因为该类电机在矢量控制过程中不存在感应电机中的转差频率电流而且控制受参数(主要是转子参数)的影响也小。 永磁同步电动机的矢量控制从本质上讲,就是对定子电流在转子旋转坐标系(dq0坐标系)中的两个分量的控制。因为电机电磁转矩的大小取决于上述的两个定子电流分量。对于给定的输出转矩,可以有多个不同的d、q轴电流的控制组合。不同的组合将影响系统的效率、功率因数、电机端电压以及转矩输出能力,由此形成了各种永磁同步电动机的电流控制方法。[2]针对凸极式永磁同步

电动机的特点,本文采用最优转矩控制(mtpa),并用一种更符合实际应用的方法进行实现,并进行了仿真验证。

图1 电流id、iq和转矩te关系曲线 2 永磁同步电动机的数学模型 首先,需要建立永磁同步电动机在转子旋转dq0坐标系下的数学模型,这种模型不仅可用于分析电机的稳态运行性能,还可以用于分析电机的暂态性能。 为建立永磁同步电机的dq0轴系数学模型,首先假设: (1)忽略电动机铁芯的饱和; (2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗; (3)转子上没有阻尼绕组; (4)电动机的反电动势是正弦的。 这样,就得到永磁同步电动机dq0轴系下数学模型的电压、磁链和电磁转矩方程,分别如下所示:

基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真

基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真 随着电动机在社会生产中的广泛应用,由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低,易于散热及维护等优点,特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现,在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中,永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐,其应用领域逐步推广,尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合已获得广泛的应用。我国制作永磁电机永磁材料的稀土资源丰富,稀土资占全世界的80%以上,发展永磁电机具有广阔的前景。 第一章永磁同步电机的矢量控制原理 1.1 永磁同步电机控制中应用的坐标系 交流电机的数学模型具有高阶次,多变量耦合,非线性等特征,难以直接应用于系统的设计和控制,与直流电机单变量,自然解耦和线性的数学模型相比较,交流电机显得异常复杂。因此需要通过适当的转换,将交流电机的控制变换为类似直流电机的控制将大大简化交流电机控制的复杂程度。 永磁同步电机矢量控制的基本思想是把交流电机当成直流电机来控制,即模拟直流电机的控制特点进行永磁同步电机的控制。为简化感应电机模型,可将电机三相绕组电流产生的磁动势按平面矢量的叠加原理进行合成和分解,使得能够用两相正交绕组来等效实际电动机的三相绕组。由于两相绕组的正交性,变量之间的耦合大大减小。 1.1.1系统中的坐标系 1)三相定子坐标系(U-V-W坐标系) 其中三相交流电机绕组轴线分别为U、V、W,彼此之间互差120度空间电角度,构成了一个U-V-W三相坐标系。空间任意一矢量在三个坐标上的投影代表了该矢量在三个绕组上的分量。 2)两相定子坐标系(α-β坐标系) 两相对称绕组通以两相对称电流也能产生旋转磁场。对于空间的任意一矢量,数学描述时习惯采用两相直角坐标系来描述,所以定义一个两相静止坐标系,即α-β坐标系。它的轴α和三相定子坐标系的A轴重合,β轴逆时针超

新能源电动汽车回收系统资料知识讲解

现代汽车电子技术 题目:电动助力转向系统 摘要 本文从全球环境污染和能源短缺等严峻问题阐述了发展电动汽

车的重要性和必要性,着重分析概括了电动汽车制动能量回收系统的研究现状 关键字电动汽车制动能量回收系统 1 引言 目前,普通燃油汽车在国内外仍占据绝大部分汽车市场。汽车发动机燃烧燃料产生动力的同时排放出大量尾气,其成分主要有二氧化碳(CO2),一氧化碳(CO),氮氧化合物(NO X)和碳氢化合物(HC),还有一些铅尘和烟尘等固体细微颗粒物,虽然现代汽车技术已经使汽车尾气排放降到很低,但由于汽车保有量持续高速增加,汽车排放的尾气还是会对人类的生存环境造成很严重的影响,例如近年来不断加剧的温室效应,光化学烟雾,城市雾霾等大气污染现象。 内燃机汽车消耗的能源主要来自石油,石油属于不可再生资源,目前全球已探明的石油总量为12000.7亿桶,按现在的开采速度将只够开采40.6年左右,即使会不断发现新的油田,但总会有消耗的一天。全球交通领域的石油消耗占石油总消耗的57%,由于汽车的保有量持续快速增长(主要来自发展中国家),到2020年预计这一比例将达到62%以上,2010年我国的石油对外依存度已达到53.8%,到2030年预计这一比例将达到80%以上,可见石油资源的短缺将会直接影响我国的能源安全,经济安全和国家安全,不利于我国长期可持续的发展,因此探索石油以外的汽车动力能源是21世纪迫切需要解决的问题。 电动汽车具有无污染,已启动,低噪声,易操纵等优点,相关的技术研究已趋成熟,是公认的未来汽车的主流。自1997年10底丰田推出混合动力车型Prius 以来,电动汽车越来越受市场的欢迎,近年来不少国内外汽车生厂商已向市场推出不少种类的电动汽车,在混合动力汽车领域,日本的丰田和本田不管从技术研发还是在市场销售,宣传等方面已经走在世界的前列,推出了诸如Pius,Insight,Fit,Civic 等量产化混合动力车型,其他国外汽车制造商在本田和丰田之后也相继推出相应的车型,例如宝马3系,5系,7系,8系都推出了相应的混合动力车型,大众途锐的混合动力版,特斯拉推出的MODEL S 纯电动车,国内汽车生产商比亚迪在电动汽车领域已经走在前列,相继推出包含“秦”在内的许多种混合动力车型。

电动车制动能量回收.

电控制动是趋势谈电动车制动解决方案 [汽车之家技术] 围绕电动车的话题更多的集中在续航里程、电池类型、充电方式及时间等一些使用的问题上,今天我们来聊聊别的话题,电动技术在代替了传统动力技术后,引发的变革确实是巨大的,这也影响到了车辆的技术开发,制动系统就是要谋变的其中一环。 图中所示为传统制动系统,驾驶员控制踏板,与踏板相连的是真空助力器,它负责将驾驶员施予踏板的力放大并推动主泵活塞进行制动压力,最后,制动分泵由活塞推动制动片夹紧制动盘,从而实现制动力。 这里面涉及到一个很重要的部件——真空助力器,如果它的工作状态不好,驾驶员踩制动踏板时就会觉得很硬,没有经验的驾驶员就会误以为没有制动功能了。而真空助力器的真空环境是由发动机提供的,较为传统的方式是从进气歧管处引出一根气管通向真空助力器,为了确保真空环境的稳定性,有些发动机还专门为

真空助力器设计了一个由凸轮轴驱动的机械真空泵,在此之前,还有厂商用电子真空泵来弥补“真空”。 传统动力汽车,制动系统可以从发动机处获得真空源从而让真空助力器为驾驶员提供辅助作用,那电动车的动力系统不具备制造真空的能力,制动助力的问题将如何解决? 解决这个问题现在有两种模式,一种是在现有的结构基础上去解决真空 源的问题,另一种则是采用新的技术原理,彻底舍弃真空在制动系统中的用途,重新设计制动系统技术结构。不仅是汽车行业,在各行各业面临新老更替时都少不了这样的做事逻辑。 ● 利用现有基础进行技术改进 利用现有结构基础进行技术改进的方式是目前绝大多数厂商在新能源车中采用的方式,原有的真空助力器以及相关管路得到保留,管路的另一端连接的电子真空助力泵,当传感器监测到助力器真空度不足时,电子真空泵开始工作维持真空环境,通过这样的方式,确保真空助力器能够像原先一样为驾驶员提供辅助作用。不过,这样的电子真空助力泵的噪音较大,此外更重要的是,电子真空泵的工作稳定性以及寿命都不太适合当做主要及唯一的真空源供应部件(原先在传统汽车上,它只是辅助维持真空环境)。显然,这样的方案是来自传统的汽车研发理念,而并非是站在新能源车的开发角度来解决问题。 ● 舍弃真空在制动系统中的用途

永磁同步电机矢量控制简要原理

关于1.5KW永磁同步电机控制器的初步方案 基于永磁同步电机自身的结构特点,要实现对转速及位置的伺服控制,采用矢量控制算法结合SVPWM技术实现对电机的精确控制,通过改变电机定子电压频率即可实现调速,为防止失步,采用自控方式,利用转子位置检测信号控制逆变器输出电流频率,同时转子位置检测信号作为同步电机的启动以及实现位置伺服功能的组成部分。 矢量控制的基本思想是在三相永磁同步电动机上设法模拟直流 电动机转矩控制的规律,在磁场定向坐标上,将电流矢量分量分解成产生磁通的励磁电流分量id和产生转矩的转矩电流iq分量,并使两分量互相垂直,彼此独立。当给定Id=0,这时根据电机的转矩公式可以得到转矩与主磁通和iq乘积成正比。由于给定Id=0,那么主磁通就基本恒定,这样只要调节电流转矩分量iq就可以像控制直流电动机一样控制永磁同步电机。 根据这一思想,初步设想系统的主要组成部分为:主控制板部分,电源及驱动板部分,输入输出部分。 其中主控制板部分即DSP板,根据控制指令和位置速度传感器以及采集的电压电流信号进行运算,并输出用于控制逆变器部分的控制信号。 电源和驱动板部分主要负责给各个部分供电,并提供给逆变器部分相应的驱动信号,以及将控制信号与主回路的高压部分隔离开。 输入输出部分用来输入控制量,显示实时信息等。

原理框图如下: 基本控制过程:速度给定信号与检测到的转子信号相比较,经过速度控制器的调节,产生定子电流转矩分量Isq_ref,用这个电流量作为电流控制器的给定信号。励磁分量Isd_ref由外部给定,当励磁分量为零时,从电机端口看,永磁同步电机相当于一台他励直流电机,磁通基本恒定,简化了控制问题。另一端通过电流采样得到三相定子电流,经过Clarke变换将其变为α-β两相静止坐标系下的电流,再通过park 变换将其变为d-q两相旋转坐标系下电流Isq,Isd,分别与两个调节器的参考值比较,经过控制器调节后变为电压信号Vsd_ref和Vsq_ref,再经过park逆变换,得到Vsa_ref和Vsb_ref作为SVPWM的控制信

列车再生制动能量回收的方法及分析

列车再生制动能量回收的方法及分析 城市轨道交通是耗电大户。而如何高效利用电能是目前城市轨道交通节能技术的关键问题。车辆在运行过程中,由于站间距一般较短,因此要求起动加速度和制动减速度比较大,并具有良好的起动和制动性能。城轨交通供电系统一直采用二极管整流技术实现交流电源到直流牵引电源的转换,特别是采取24脉波整流技术后,与电网的谐波兼容问题得到较好地解决。该技术虽然可以较好地满足车辆牵引取流的需求,但是此类系统存在以下问题: (1)只能实现能量的单向流动,对于需要频繁起动和制动的地铁、轻轨等交通工具,制动能量的回收有着很大的潜力。车辆再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的30%甚至更多。而这些再生能量除了按一定比例(一般为20%~80%,根据列车运行密度和区间距离的不同而异)被其它相邻列车吸收利用外,剩余部分将主要被车辆的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。如果在一列地铁列车刹车时附近没有其他列车加速运行,那它所回馈的电能中只有30%~50%能被再次利用(尤其是在低电压、高电流的网络系统里)。如果当列车发车的间隔大于10 min时,再生制动能量被相邻列车吸收重新利用的概率几乎为零。 (2)由于制动电阻的发热引发站台和地下隧道热量积累、温度上升,某些城轨系统隧道温度高达50℃,不得不加大通风设备的容量,造成严重的二次能耗; (3)对于车载制动电阻模式制动电阻增加车体自重造成的电能消耗十分可观; (4)牵引网上同时在线运行的车辆有十几对甚至几十对,负荷的变化造成牵引网压波动严重,不利于车辆平稳、可靠运行。可见车辆的制动能量至今还是一种没有被很好地开发利用的能量。 目前,在我国大力提倡节能降耗的形势下,城轨供电系统的发展进度已滞后列车车辆技术的发展,多个待建的城市轨道线路,如无锡、苏州、长沙、西安、深圳和广州等多条线路,都提出了对现有牵引供电系统进行技术改造的需求或者是寻求更好的储能装置去回收这些多余的再生能量。再生制动能量循环利用主要有储能和逆变两种方式:储能所采用的技术主要有蓄电池储能、电容储能、飞轮储能3种;而能量回馈所采用的技术主要是逆变至中压网络和低压网络两类。 首先介绍储能型回收装置 (1)蓄电池储能 蓄电池储能系统如图所示,该装置是将制动能量吸收到电池介质中,当供电区间有列车需要取流时,再将所储存的能量释放出去,由于蓄电池本身的特点充放电电流小,瞬间不能大功率充放电,所以该装置体积较大电池处于频繁充放电状态将影响其使用寿命,储能容量相对较少。

基于FPGA 的永磁同步电动机矢量控制IP 核的研究

基于FPGA的永磁同步电动机矢量控制IP核的研究 赵品志 摘要 论文首先分析了永磁同步电动机的数学模型及矢量控制的原理。研究了使用现代EDA工程设计方法,在FPGA上实现单芯片交流伺服控制系统的结构和具体实现方法。其次,详细分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理,利用Verilog HDL硬件电路描述语言,编写了SVPWM、坐标变换、串行通信、位置检测等IP模块,并进行了仿真和验证。最后,将本文编写的主要SVPWM IP模块、串行通信、位置检测等IP模块在Quartus II 3.0软件中进行综合编译,并通过ByteBlaster II下载电缆将生成的网络表配置到NIOS II开发板上的Cyclone 系列FPGA EP1C20F400C7芯片中,经过实验测试,验证了所编写的IP模块的正确性。 关键词:矢量控制,空间矢量脉宽调制,FPGA,IP 引言 为满足现代数控系统技术与市场发展需求,伺服系统出现交流化、数字化、智能化三个主要发展动向。伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分,主要有两大类:直流伺服系统和交流伺服系统,其中交流伺服系统又可分为感应电动机伺服系统和永磁同步电动机交流伺服系统[1]。以直流伺服电机作为驱动器件的直流伺服系统,控制电路比较简单,价格较低。其主要缺点是直流伺服电机内部有机械换向装置,碳刷易磨损,维修工作量大,运行时易起火花,给电机的转速和功率的提高带来较大的困难。交流异步电机虽然价格便宜、结构简单,但早期由于控制性能差,所以很长时间没有在伺服系统上得到应用。随着电力电子技术和现代电机控制理论的发展,1972年,德国西门子的Blaschke提出了交流异步电动机的矢量控制理论。该理论通过矢量旋转变换和转子磁场定向,将定子电流分解为与磁场方向一致的励磁分量和与磁场方向正交的转矩分量,得到类似直流电动机的解耦的数学模型,使交流电动机的控制性能得以接近或达到他励直流电动机的性能。1980年,德国人Leonhard为首的研究小组在应用微处理器的矢量控制的研究中取得进展,使矢量控制实用化[2]。90年代以来,随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低,永磁同步伺服电动机得到了长足的发展。交流伺服系统采用永磁同步伺服电机作为驱动器件,可以和直流伺服电机一样构成高精度、高性能的半闭环或全闭环控制系统,由于永磁同步伺服电机内是无刷结构,几乎不需维修,体积相对较小,有利于转速和功率的提高。目前永磁同步交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中,伺服技术取得的突破可以归结为:交流伺服取代直流伺服、数字控制取代模拟控制[3][4]。 最初,交流伺服电机的变频调速都是由分立器件实现的,不可避免地存在温漂、老化等问题。这种方法所使用的器件数目非常多,而且结构也很复杂,这就使得系统的可靠性、精度很难保证在一个较高的水平。另外,用分立元件实现数字脉宽调制需要使用波形发生器,而分立元件的工作频率有限,因而很难实现高性能高精度的数字脉宽调制。利用分立元件实现较复杂的脉宽调制技术(如SVPWM)有很大的困难,复杂的逻辑关系难以实现。这些都驱使人们寻求其它实现数字脉宽调制的方法。其中单芯片系统(SOPC)使这种想法成为可能,在单芯片上可以实现复杂而精确的逻辑运算,运算速度比分立元件高得多,因而越来越受到人们的重视。本文对实现SOPC有很大帮助,利用Quartus软件生成的网络表可以直接用于芯片的生产[5]。

关于制动能量回收

第一篇章:制动能量回收系统简介 制动能量回收系统定义 制动能量回收系统是指一种应用在汽车或者轨道交通上的系统,能够将制动时产生的热能转换成机器能、并将其存储在电容器内,在使用时可迅速将能量释放,又名MINI Clubman。MINI Clubman从一开始就凭借独特的概念,外向的设计以及别具魅力的发动机脱颖而出,为新一代MINI开发的三款高技术发动机确保了无时不在的运动驾驶乐趣和非凡的高效。而且MINI Clubman的所有发动机当然也标准装备了2008年车型为最大降低燃油消耗量而推出的全部新技术。 制动能量回收系统的优点 这些智能技术提高了发动机的效率,适度降低了耗油量,同时也进一步提高了驾驶乐趣。这里一个很好的例子就是制动能量回收系统,能源管理系统确保发动机的输出功率主要被转化成为驱动力,只有在应用制动时或发动机处于超速状态时才会转化成电能供车载系统使用。为了达到这个效果,发电机会在发动机输出功率,即加速或牵引汽车时自动与发动机脱离。因此,传统模式下发电机消耗和从汽车那里获得的动力现在全部用以实现更快更具动态的加速。因为在MINI回到超速状态或驾驶者应用制动时,发电机就会再次启动,从而确保车载系统能够得到充足的电力供应。 制动能量回收问题解决方案 可以通过在发动机与电机之间设置在车辆减速时,使发动机停止输出功率而得以解决。但制动能量回收还涉及到混合动力车的液压制动与制动能量回收的复杂平衡或条件优化的协调控制。那么,为什么可以通过驱动电机能够回收车辆的运动能量呢?概要地说,其原因就是电机工作的逆过程就是发电机工作状态。一般电学基础理论早已阐明,表示电机驱动的工作原理是Fleming(英籍工程师佛莱明)的左手定则,而表示发电原理的则

基于某SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真

基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真随着电动机在社会生产中的广泛应用,由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低,易于散热及维护等优点,特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现,在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速围的伺服控制系统中,永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐,其应用领域逐步推广,尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合已获得广泛的应用。我国制作永磁电机永磁材料的稀土资源丰富,稀土资占全世界的80%以上,发展永磁电机具有广阔的前景。 第一章永磁同步电机的矢量控制原理 1.1 永磁同步电机控制中应用的坐标系 交流电机的数学模型具有高阶次,多变量耦合,非线性等特征,难以直接应用于系统的设计和控制,与直流电机单变量,自然解耦和线性的数学模型相比较,交流电机显得异常复杂。因此需要通过适当的转换,将交流电机的控制变换为类似直流电机的控制将大大简化交流电机控制的复杂程度。 永磁同步电机矢量控制的基本思想是把交流电机当成直流电机来控制,即模拟直流电机的控制特点进行永磁同步电机的控制。为简化感应电机模型,可将电机三相绕组电流产生的磁动势按平面矢量的叠加原理进行合成和分解,使得能够用两相正交绕组来等效实际电动机的三相绕组。由于两相绕组的正交性,变量之间的耦合大大减小。 1.1.1系统中的坐标系 1)三相定子坐标系(U-V-W坐标系) 其中三相交流电机绕组轴线分别为U、V、W,彼此之间互差120度空间

电角度,构成了一个U-V-W三相坐标系。空间任意一矢量在三个坐标上的投影代表了该矢量在三个绕组上的分量。 2)两相定子坐标系(α-β坐标系) 两相对称绕组通以两相对称电流也能产生旋转磁场。对于空间的任意一矢量,数学描述时习惯采用两相直角坐标系来描述,所以定义一个两相静止坐标系,即α-β坐标系。它的轴α和三相定子坐标系的A轴重合,β轴逆时针超前α轴90度空间电角度。由于α轴固定在定子A相绕组轴线上,所以α-β坐标系也是静止坐标系。 3)转子坐标系(d-q坐标系) 转子坐标系d轴位于转子磁链轴线上,q轴逆时针超前d轴90度空间电角度,该坐标系和转子一起在空间上以转子角速度旋转,故为旋转坐标系。对于同步电动机,d轴是转子磁极的轴线。 矢量控制中用到的变换有:将三相平面坐标系向两相平面直角坐标系的转换(Clarke 变换)和将两相静止直角坐标系向两相旋转直角坐标系的变换(Park变换)。 1.1.2 由三项平面坐标系向两相平面坐标系(Clarke变换) 三相同步电动机的集中绕组U、V、W的轴线在与转子垂直的平面分布如上图所示,轴线依次相差120°,可将每相绕组在气隙中产生的磁势分别记为:Fu、Fv、Fw。由于Fu、Fv、Fw不会在轴向上产生分量,所以可以把气隙的磁场简化为一个二维的平面场。简单起见,可以U为α轴,由α起逆时针旋转90°作β轴,建立起二维坐标系,用此两相坐标系(α-β)产生的磁动势来等效三相静止坐标系(U-V-W)产生的磁动势。如图1.1所示。

制动能量回收系统

制动能量回收系统 目录 概述 制动能量回收系统又名Braking Energy Recovery System:是指一种应用在汽车或者轨道交通上的系统,能够将制动时产生的热能转换成机器能、并将其存储在电容器内,在使用时可迅速将能量释放, 制动能量回收原理 制动能量回收是现代电动汽车与混合动力车重要技术之一,也是它们的重要特点。在一般内燃机汽车上,当车辆减速、制动时,车辆的运动能量通过制动系统而转变为热能,并向大气中释放。而在电动汽车与混合动力车上,这种被浪费掉的运动能量已可通过制动能量回收技术转变为电能并储存于蓄电池中,并进一步转化为驱动能量。例如,当车辆起步或加速时,需要增大驱动力时,电机驱动力成为发动机的辅助动力,使电能获得有效应用。 一般认为,在车辆非紧急制动的普通制动场合,约1/5的能量可以通过制动回收。制动能量回收按照混合动力的工作方式不同而有所不同。 比如在丰田普锐斯混合动力车上,车辆运动能量能够通过液压制动和能量回收制动的协调控制回收。但在本田Insight混合动力车上,由于发动机与驱动电机连接,所以不能够消除发动机制动。因此,在制动时发动机全部气门关闭,以消除泵气损失,而只存在发动机本身的纯粹的机械摩擦损失。 在发动机气门不停止工作场合,减速时能够回收的能量约是车辆运动能量的1/3。通过智能气门正时与升程控制系统使气门停止工作,发动机本身的机械摩擦(含泵气损失)能够减少约70%。回收能量增加到车辆运动能量的2/3。 制动能量回收液压制动协调控制的概况 制动能量回收问题解决方案 可以通过在发动机与电机之间设置离合器,在车辆减速时,使发动机停止输出功率而得以解决。但制动能量回收还涉及到混合动力车的液压制动与制动能量回收的复杂平衡或条件优化的协调控制。那么,为什么可以通过驱动电机能够回收车辆的运动能量呢?概要地说,其原因就是电机工作的逆过程就是发电机

电动汽车用永磁同步电机控制系统设计

硕士学位论文 二0一五 年 六 月 作者姓名 指导教师 学科专业 控制工程 电动汽车用永磁同步电机控制系统设计 Design of permanent magnet synchronous motor control system for electric vehicle

摘要 本文在开始先介绍了研究电动汽车的背景及其意义,并介绍了电动汽车在国内外的发展现状,然后从电动汽车的燃油经济性,驱动性,安全性及舒适度,三个方面分析了电动汽车比其他燃料汽车存在的优越性。电动机是电动汽车的核心部件,本文中从其驱动方式把电动机分为四大类,直流有刷电动机,永磁同步电动机,永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机。本章从工作原理与性能方面分析了,这四种电动机各存在的优点和不足。从中得出永磁同步电动机是电动汽车比较理想的选择。本文刚开始介绍了永磁同步电动机PMSM的三种不同的控制方式,恒压频比控制,矢量控制,直接转矩控制,并从三者之间比较得出,PMSM采用直接转矩控制DTC的方式有着比其他两者更好的稳定性。 随后从永磁同步电动机PMSM的结构及其特点,分析了其优越性,并建立数学模型,根据空间矢量坐标关系推导出PMSM的在各坐标系下DTC的原理。本章分析了定子磁链与电磁转矩的估算和滞环控制,通过其原理研究了开关表控制的方式,并对PMSM的直接转矩控制DTC的Matlab/Simulink仿真,最终得出了DTC 较其它控制方式的稳定性。 其次分析了永磁同步电机PMSM的直接转矩控制DTC存在的诸多缺点,并提出基于SVM技术的SVPWM的控制方式,即空间矢量调制DTC控制策略,通过Matlab/Simulink仿真,得出SVPWM比PMSM DTC有着更好的稳定性。 TI公司推出的TMS320F2812 DSP芯片的控制系统设计,从硬件电路的设计和软件的设计,两个方面研究了该芯片。DSP硬件方面包含了智能模块的自保护特性,并设计了检测电路,保护电路,驱动电路和CAN通信等模块,软件系统方面分析了,其初始化流程图,接收流程图等。 关键词:永磁同步电机;直接转矩控制;DSP;SVPWM

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