微型电动车三重化直流驱动系统的研究

论文摘要

随着环境污染和能源危机日益加剧,电动车的发展逐渐受到各国的重视。纯电动汽车具有零污染、低噪音的优点,有广阔的发展前景。驱动系统是电动汽车的关键组成部分,它的输出特性决定了电动汽车的动力特性。目前国内外电动车直流驱动功率变换器使储能电源输出电流从零到电机电枢电流高频脉动,不利于延长动力电池的使用寿命。本文针对微型电动汽车,在比较多种常用的直流斩波电路基础上,选择三重化桥式斩波电路作为功率变换器主电路并研究了其工作原理。相比普通桥式电路,三重化桥式电路在整个占空比范围内,可以大大平抑电机电枢电流纹波,并使电源输出电流的脉动幅度减少到电枢电流的1/3。为了降低开关管应力,提高变换器的效率,设计了变形RCD缓冲电路,详细分析了其工作原理并计算了主要元件参数。实际电路中由于三路滤波电感参数的差异,三路电感电流存在不均衡现象,这会导致一路的过载。为此,本文建立了主电路的数学模型,据此模型设计了电流独立闭环的均流方法。结合主电路的工作模式以及驱动系统的功能要求,确定了控制、驱动电路的设计方案。采用PIC单片机作为控制系统的核心,用来完成电机运行象限切换、电枢电流给定功能。另外设计了保护电路实现对电源欠压、过电流的保护,保证了整个系统安全可靠的运行。搭建了小型试验平台并进行了相关实验研究,验证了三重化直流斩波电路优点和本文设计的均流方法。上述工作为进一步研究多重化结构直流驱动系统及其在电动公交客车上的应用提供了技术储备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.1.1 国内外电动汽车的研究发展现状
• 1.1.2 电动汽车用电机及其控制技术
• 1.2 电动车直流驱动系统的发展概况
• 1.2.1 常用直流驱动电路
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 1.3.1 系统方案设计
• 1.3.2 主要研究内容
• 第2章 三重化桥式斩波电路的研究
• 2.1 三重化桥式斩波电路的工作原理
• 2.2 三重化桥式斩波电路的特性分析
• 2.2.1 电枢电流纹波分析
• 2.2.2 电源电流纹波分析
• 2.2.3 滤波电感电流不均衡现象分析
• 2.3 缓冲电路的结构与工作原理
• 1 关断时电路工作过程'>2.3.1 S₁关断时电路工作过程
• 1 开通时电路工作过程'>2.3.2 S₁开通时电路工作过程
• 2.4 主要元件参数设计
• 2.4.1 主开关管参数计算与型号选择
• 2.4.2 滤波电感的设计
• 2.4.3 缓冲电路参数的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 三重化桥式斩波电路的建模与均流控制
• 3.1 平均开关模型方法简介
• 3.2 三重化桥式斩波电路开关周期平均模型
• 3.2.1 正转电路数学模型
• 3.2.2 反转电路数学模型
• 3.3 滤波电感的独立闭环均流方法
• 3.4 PI 调节器参数设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 控制系统硬软件设计
• 4.1 控制系统的总体设计
• 4.2 PWM 调制器设计
• 4.3 电流反馈与PI 调节器电路
• 4.4 系统保护电路
• 4.4.1 电池过流保护
• 4.4.2 电池欠压保护
• 4.5 单片机控制系统设计
• 4.5.1 D/A 转换电路
• 4.5.2 控制程序设计
• 4.6 场效应管驱动电路设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 仿真和实验结果分析
• 5.1 控制驱动电路实验分析
• 5.2 供电电源输出电流的仿真及实验分析
• 5.3 电枢电流纹波的仿真分析
• 5.4 均流方法的仿真及实验验证
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢