[发明专利]阻抗型五桥臂变换器双电机驱动系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机驱动系统，尤其是一种阻抗型五桥臂变换器双电机驱动系统及其控制方法。

背景技术

四轮独立驱动是电动汽车的未来发展方向，通过在四个车轮内各安装一台电机构成动力分散结构，具备如下好处：可取消差速器、变速箱等传统机械传动部件，节省安装空间、提高传动效率；电机的高动态转矩响应可提高车辆的动力性；车辆可控性更好，可零半径转向，并提高在恶劣路面下的行驶能力；当部分电机系统发生故障时，车辆仍具备运行能力，可靠性更高。

目前，永磁无刷电机已经成为主流的车用轮毂电机类型，与其匹配的变换器普遍采用技术相对成熟的三臂电压型结构，四台电机需要各自匹配独立的变换器。但是上述电动汽车电机系统存在着一些不足，一是电压型变换器存在“直通”的危险，一旦因电磁干扰等因素使得同一桥臂上的两功率开关器件同时导通，短路形成的大电流会严重损坏变换器；二是四台变换器所需功率开关器件多达24个，使得系统成本较高；三是永磁交流电机实现弱磁扩速比较困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有四轮独立驱动电动汽车电机系统的不足，提供一种阻抗型五桥臂变换器双电机系统。该系统采用五桥臂变换器、阻抗环节、电源侧直流母线功率开关器件、电源和永磁交流电机相结合的结构，应用五桥臂变换器驱动两台电机，通过电源侧直流母线功率开关器件、阻抗环节与五桥臂变换器功率开关器件的配合，控制变换器直流母线电压，可以实现电机额定转速以上的扩速运行，也能够实现由电机至电源的能量回馈过程。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本发明装置包括电源1、电源侧直流母线功率开关器件2、阻抗环节3、五桥臂变换器4、永磁交流电机环节5、处理器8和信号检测电路，所述的永磁交流电机环节5包括第一永磁交流电机1-1和第二永磁交流电机1-2，所述的信号检测电路包括第一信号检测电路2-1、第二信号检测电路2-2和第三信号检测电路，其中：电源依次通过电源侧直流母线功率开关器件2和阻抗环节3与五桥臂变换器4的输入端相连，五桥臂变换器4的输出端同时与第一永磁交流电机1-1和第二永磁交流电机1-2相连，第一永磁交流电机1-1通过第一信号检测电路2-1与处理器相连，第二永磁交流电机1-2通过第二信号检测电路2-2与处理器相连，五桥臂变换器4与处理器相连。

阻抗环节3由电感L1、L2及电容C1、C2连接构成，阻抗环节3、五桥臂变换器4一起构成了具有升降压特性的功率变换器，由该功率变换器给双永磁交流电机供电。

本发明所述的控制方法的特征在于：是一种通过协调11个功率开关器件的工作状态调节直流母线电压，进而同时独立控制两台永磁交流电机，并能够实现电能由电机可控回馈至电源的方法。

(1)采用具有高电压利用率的空间电压矢量调制方法控制永磁交流电机。

(2)通过简单运算实现复用公共臂的两台电机的转矩解耦控制。

(3)充分利用零电压矢量，使用直通零电压矢量代替零电压矢量，配合阻抗环节来提高直流母线电压。

(4)通过阻抗环节与功率开关器件的配合，可控制电机回馈发电时的电源侧电压。

具体控制方法如下：

所述的五桥臂变换器双电机系统电动控制方法包括以下步骤：

1)第一信号检测电路2-1检测第一永磁交流电机1-1的转速ω₁并将其传送给处理器8，第二信号检测电路2-2检测第二永磁交流电机1-2的转速ω₂并将其传送给处理器8，在处理器8内，对ω₁与给定转速求偏差后经过速度PI调节模块8-1得出第一永磁交流电机1-1的q轴给定电流对ω₂与给定转速求偏差后经过相速度PI调节模块8-2得出第二永磁交流电机1-2的q轴给定电流

2)第一信号检测电路2-1检测第一永磁交流电机1-1的定子绕组线电流信号i_a1、i_b1和转子转角θ₁，然后经第一3/2变换模块5-1进行坐标变换得到第一永磁交流电机1-1的dq坐标系下的电流分量i_q1、i_d1；第二信号检测电路2-2检测第二永磁交流电机1-2的定子绕组线电流信号i_a2、i_b2和转子转角θ₂，然后经过第二3/2变换模块5-2进行坐标变换得到第二永磁交流电机1-2的dq坐标系下的电流分量i_q2、i_d2，具体变换方法如下：