《交流感应电机及高效驱动控制技术研发》

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1、重要意义和立项背景:为全面推进新能源汽车战略新兴产业发展,时风集团通过磁链观测、电流跟踪、电机参数估算与修正等技术攻关,研究了启动、制动以及低、中、高速全工况的控制策略,提高了车辆运行性能,攻克了传统直流电机存在的高速性能差、维修性差、效率低、换向有火花、存在电磁干扰等技术难题,研发了7.5kW、5kW、10kW 等多种型号交流感应电机及高效驱动控制器,推动了新能源汽车整体技术提升。

2、主要科学技术内容:

(1)针对感应电机高效驱动控制技术研发总体控制策略要分3 层实现的技术难题,率先创制了全速度区间转子磁场定向矢量控制策略,底层基于SVPWM 空间矢量脉宽调制方法,实现对电机的等效正弦电压供电;中间层基于同步坐标下的电磁矢量关系,利用改进的PI 调节器解耦控制两相等效直流电流,实现交流电机的“直流化控制”;顶层根据车辆实时车速与路况,动态调节优化控制参数与算法,满足车辆全速度区间运行需求。

(2)创建了电压-电流复合切换磁链模型,攻克了传统磁链模型的计算误差难题。通过把 电压型(VM)转子磁链模型和电流型(IM)转子磁链模型结合形成VM-IM 复合切换模型,实现两种模型的优势互补,克服低速下VM 模型定子参数影响大和高速下IM 模型转子参数漂移等问题。

(3) 通过分析控制器功率变换电路的换流暂态过程,研究影响载流通道杂散参数大小与分布的关键因素,以及不同量级时段中杂散参数对电磁能量的作用机理,设计优化了功率MOSFET 驱动及整机工作电源电路板,并创新设计了2 级式隔离型驱动电路,驱动峰值电流达9 安培,驱动电路由4路隔离驱动电源供电,具有过流检测和保护功能。

(4)基于MOSFET 的极间电容分布与开关特性,设计了MOSFET的均流电路及交直流母线载流通道,设计优化了功率器元件(MOSFET)及其吸收电路的铝基母板,计算设计了基于RC的MOSFET 缓冲吸收缓冲电路,用较低的成本,较大程度的提高了系统稳定性。

(5)通过分析同工况下控制器的热损耗,利用热阻等效电路,推算得出所需散热器的热阻值,根据计算的系统功耗,确定散热器的冷却形式,计算得出散热器的几何尺寸和初步外形结构借助Icepak专业热分析软件,模拟元件、PCB和整机三级系统的热行为,据此改进元器件及电板路布局、散热器与机壳结构,研制了基于系统多级热行为的新型控制器布局结构,进一步提高了系统的可靠性和功率密度。

3、主要技术经济指标:电动机参数:输入电压48V(41V);最大输出转矩125N﹒M,最高工作速度5500R/MIN。电气参数:额定直流输入电压:72V(48V、64V);额定输出交流电流:100A ;最大输出交流电流:380A;最大输出功率:30kW(20kW、24kW);整机效率:97%。

4、经济社会效益及促进行业进步应用推广:创新研发的交流感应电机及高效驱动控制器,彻底解决了电动机在高速时的可靠性问题,批量配装于电动汽车、载货类新能源商用汽车、电动观光车、三轮电动载客、载货等各种以电池为动力源的车辆。建成交流电机及控制器生产线两条,形成完备的装配生产能力,已形成系列化产品,功率涵盖2.2-10kW范围,电压涵盖48V、60V、72V、96V等。成果转化面向市场推广,培植了零部件的核心开发能力,创造了可观的经济效益和社会效益。截止到2016年12月份,累计生产销售各种规格交流感应电机及控制器35660台,实现新增销售收入10341.4万元,新增利税1282.3 万元。通过技术创新,改善降低了电动机能耗,对生态环境起到了有益的作用,产生了一定的生态效益。

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