电机控制器逆变原理解析_山东优万电子科技有限公司

电机控制器逆变原理解析

时间:2020-01-03 浏览:

新能源汽车已成为一个全球汽车行业的“新宠”,不论是历史悠久的国外老汽车品牌还是新兴的国产品牌都着手开发新能源汽车。现在走在马路上,你可能会听到有些汽车的启动、行驶时的声音都很轻,那没错了,这些车就是新能源汽车。所谓新能源汽车就是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车电机控制原理,其核心就是变频调速技术的应用。

 

我们知道新能源汽车大多所用的驱动电机类型有三相永磁同步电机、三相交流异步电动机等,当给输入电机三相平衡均匀的正弦交流电能时电机就可以旋转,对外输出转矩,新能源汽车所配备的电源是直流电源,驱动电机时需要将电源提供的直流电转换为三相交流电,这个转换装置叫做电机控制器,英文缩写是MCU,电机控制器是如何工作的呢?下面小编就简单的阐述一下电机控制器的工作原理。

 

下面我们看一下新能源汽车永磁同步电动机控制系统组成框图(见图1):

 

图1

 

在控制方法中,磁场定向控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)作为交流电动机的两种高性能控制策略,在实际中得到了广泛的应用,最初仅用于异步电动机的 控制,现在已经被扩展到同步电动机、永磁同步电动机的控制上,对电机的启动、加速、运转、减速及停止进行控制。根据不同电机的类型及电机的使用场合有不同 的要求时,通过控制达到快速启动、快速响应、高效率、高转矩输出及高过载能力的目的。

 

在电机控制中,三相逆变器(见图2)是最重要的部分,它是将输入的直流电转换为交流电的功率部分,它即属于主回路部分,也属于控制执行部分,本文内容主要是讲解三相逆变器的工作原理。

 

图2

 

接下来我们要看一看逆变器的内部,也就是主回路电路图 (见图3),由6个IGBT(绝缘栅双极型晶体管)组成,每一相输出线和正负直流母线之间各连接一只IGBT功率管,我们称连接正极母线的IGBT与输出 端节点为“上桥臂”,称连接负极母线的IGBT与输出端节点为“下桥臂”,每一相的上、下桥臂统称为“半桥”,6个IGBT的序号一般为T1~T6(小编 习惯用VD1~VD6),第一相的上桥臂是T1(或VD1),其他的IGBT所对应的位置应从PWM的坐标图里去找,小编这里先买个关子!

 

图3

 

为了能够将输入的直流变成交流电,6个IGBT会从T1~T6(或VD1~VD6)依序循环的导通和关闭,并依次的间隔60°顺序导通(或关断),U/V /W三相的相位差为120°,这也就意味着和第一相(U相)上桥臂导通(或关断)时刻间隔120°的IGBT为第二相(V相)的上桥臂,和第二相(V相) 上桥臂导通(或关断)时刻间隔120°的IGBT为第三相(W相)的上桥臂,下桥臂的序号很好辨别,大家都知道一个周期的正弦交流电所经过的角度是 360°(2π)、其中正半波经过180°(π)会从第二象限进入第三象限,变为负半波并经过180°(π)。

 

大家想一想,在每一相的上、下桥臂能同时导 通吗?可以有叠加关系吗?答案很肯定,当然不可以,因为上下桥臂中间直接连接并作为这一相的输出端,如果有同时导通或者是叠加导通会导致正负母线之间直接 跨导,造成短路,显然这样是禁止发生的。所以当某一相的上桥臂导通区间内下桥臂是不可以导通的,也就是完全关断状态,上桥臂导通180°后立刻关 断、这视为此相的正半波。另外哪一项在上桥臂关断时刻起导通并经过180°就为此相的下桥臂。如图4。

 

图4

 

每一相间隔120°的循环输出就会产生交流电了,连接永磁同步电动机后就会建立旋转磁场,电机转子就可以旋转并对外做功了。


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