永磁无刷双转子混合动力系统的研究

论文摘要

随着全球石油资源的紧张和大气污染的日益严重,汽车产业正在进行一场新能源的技术革命。混合动力汽车具备了传统内燃机和电动机双重优势,其将在较长一段时间内占据重要地位。混合动力汽车的核心技术是机电耦合传动模式。目前上市的混合动力汽车要么结构过于复杂,保养费用高,成本过高,要么处于轻度混动状况,节油不明显。为此本文开发了永磁无刷双转子电机。永磁无刷双转子电机由一个定子与内、外两个转子构成,内转子为永磁转子,外转子为内外侧绕组反相序联接的杯形转子,内外两个转子在机械结构上是非同轴联接的。双转子电机可看作由定子与杯形转子外侧绕组作转子构成的异步电机(外电机),和由杯形转子内侧绕组作定子与永磁转子构成的同步电机(内电机)组成的一种复合电机。在杯转子绕组基础上建立统一坐标系,得到电机的动态数学模型,参考无刷双馈电机的双同步坐标系统数学模型和电机磁场定向控制策略,即可推导出双转子电机的转子磁场定向控制策略。根据理论分析和绘制的控制框图,设计了双转子电机专用的变流器和软件程序。本文详细介绍了主电路、检测电路、CAN通信电路、相关器件选型、系统流程图、SVPWM的DSP实现、PI调节器分析设计等。构建了无刷双转子混合动力试验平台,最大程度模拟汽车实际运行工况,混合动力启动发动机,静止电池充电,纯电动运行,两转子同步态,两转子升降速异态,减速能量回馈等。通过对该电机进行的仿真及该试验平台,我们得到该电机能够实现预想的基本功能。双转子电机应用于混合动力系统代替传统驱动方式,具有结构简单、运行可靠、功率分配比合理等特点,且兼备无级变速的功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1-1 混合动力汽车概述
• 1-1-1 新能源汽车发展趋势
• 1-1-2 混合动力汽车概念及分类
• 1-2 混合动力汽车发展现状
• 1-2-1 世界混合动力汽车发展现状
• 1-2-2 我国混合动力汽车发展现状
• 1-3 典型车辆介绍
• 1-3-1 丰田PRIUS
• 1-3-2 比亚迪F3DM
• 1-4 本论文主要研究内容及意义
• 第二章 永磁无刷双转子电机及其新型混合动力系统
• 2-1 永磁无刷双转子电机
• 2-2 新型永磁无刷双转子电机混合动力系统
• 2-3 永磁无刷双转子电机仿真与测试
• 2-4 本章小结
• 第三章 永磁无刷双转子电机数学模型与控制策略
• 3-1 永磁无刷双转子数学模型
• 3-1-1 dq0 坐标系选取及3/2 坐标变换
• 3-1-2 杯转子内电压、电流量推导
• 3-1-3 dq0 坐标下双转子电机数学模型
• 3-1-4 dq0 坐标下双转子电机标准状态方程
• 3-2 永磁无刷双转子电机转子磁场定向控制策略
• 3-2-1 双转子电机控制策略选取
• 3-2-2 双转子电机转子磁场定向控制策略
• 3-3 本章小结
• 第四章 永磁无刷双转子专用变流器设计
• 4-1 控制电路设计
• 4-2 功率部分硬件结构
• 4-2-1 IPM 的选型及介绍
• 4-2-2 PWM 输入驱动电路
• 4-3 检测电路硬件结构
• 4-3-1 电压测量电路
• 4-3-2 电流测量电路
• 4-4 CAN 总线接口设计
• 4-5 本章小结
• 第五章 永磁无刷双转子电机变流器的软件设计
• 5-1 变流器软件流程图
• 5-1-1 专用变流器主程序
• 5-1-2 控制系统算法程序
• 5-2 空间矢量调制（SVPWM）算法
• 5-2-1 电压空间矢量调制（SVPWM）的原理
• 5-2-2 SVPWM 算法的实现
• 5-2-3 SVPWM 算法的DSP 流程图及实验数据
• 5-3 数字PI 程序
• 5-4 本章小结
• 第六章 新型混合动力系统实验平台
• 6-1 实验平台软硬件介绍
• 6-1-1 艾默生TD3000 变频器简介
• 6-1-2 霍尔传感器测速装置
• 6-1-3 LABVIEW 串口通信介绍
• 6-2 混合动力实验及数据
• 6-3 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7-1 本文研究工作总结
• 7-2 今后工作展望
• 参考文献
• 附录 A SVPWM 在 DSP 上 C 语言实现程序
• 附录 B 实验照片
• 致谢