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1驅動系統硬件設計

1．1制動能量回饋控制過程能量回饋控制主電路如圖3所示，三相逆變電路采用IGBT功率模塊，模塊中包括6個IGBT以及各開關管相對應的續流二極管D1～D6［7-9］。本文采用SVPWM磁鏈跟蹤控制技術，控制PWM的開關時間，使逆變器的輸出電壓波形盡量接近正弦波，在電機空間形成逼近圓形的旋轉磁場。為了獲得多邊形旋轉磁場逼近圓形旋轉磁場，在每個電壓空間矢量的60°區間內可以有多個工作妝態。圖4所示為第Ⅰ扇形區域，該扇形區內的T區間包括T0，T1，T2和T7對稱分布，相應的電壓空間矢量為u0，u1，u2和u7，其功率開關管開關狀態為000，100，110和111共4個狀態［10］。該T區間內按照開關序列輸出的三相相電壓波形如圖5所示。狀態1，給定電壓空間矢量為u0(000)，功率開關管T2、續流二極管D4和D6導通，構成三相回路，制動時的能量一部分由定子電阻消耗，另一部分存儲于定子電感中，此過程的電流流向如圖6(a)所示。狀態2，開關狀態從u0切換到u1，功率開關管T2關斷，但由于T1承受反壓仍處于關斷狀態，其續流二極管D1導通，b，c相下橋臂的D4和D6導通，構成三相回路;制動過程中，將電機電感釋放的能量回饋到直流側電容和蓄電池中，達到制動能量回收的目的，如圖6(b)所示。狀態3，開關狀態從u1切換到u2，功率開關管T3、二極管D1和D6導通，制動時，電機a和c相電感釋放的能量儲存在直流側電容和電池，而b相電感儲存能量，電流流向如圖6(c)所示。狀態4，開關狀態從u2切換到u7，功率開關管T3，T5以及二極管D1導通，制動過程中，一部分能量消耗在定子電阻上，另一部分制動能量存儲于定子電感中，電流流向如圖6(d)所示。由上述對區間Ⅰ控制過程的分析可得，制動過程中，給定電壓空間矢量為零矢量時，電機定子的電感處于儲能狀態且定子電阻消耗一部分能量，電流不經過直流側電容和電池;當給定電壓空間矢量為非零矢量時，電機將機械能轉換成電能，利用三相逆變器的二極管將電能反饋到直流側，為電容和蓄電池充電，實現制動能量反饋功能。

1．2信號采集信號采集電路主要對電機轉速、轉子位置、電機三相電流、溫度以及母線電壓等信號進行采集。其中，電流由霍爾傳感器采集獲得;電機溫度為熱敏電阻采集到的定子繞組溫度;電機轉子位置傳感器采用磁阻式的旋轉變壓器對電機的轉子位置進行實時監測，利用解碼芯片將旋轉變壓器的輸出電壓解碼成數字信號，然后通過SPI接口傳給DSP。

2驅動系統軟件設計

純電動汽車驅動系統主程序的作用是為了判斷純電動汽車的運行狀態，以控制蓄電池的充放電模式，其流程如圖7所示。

3實驗與分析

為了驗證永磁同步電機驅動系統具有能量回收的功能，搭建的測試試驗臺如圖8所示。試驗臺包括2套電機控制系統，被測電機和負載電機，均采用轉速閉環控制方法。當被測電機電動運行時，拖動負載電機運行，負載電機的能量通過電阻消耗;當被測電機發電運行時，產生的能量回饋到蓄電池組中。利用功率分析儀采集被測電機的轉矩、轉速等信號。本文將永磁同步電機作為被測電機，其定子繞組為三相星形繞組，額定轉矩為56N•m，額定功率為20kW，峰值轉矩為190N•m，峰值功率為65kW。分別在額定轉矩和額定功率以及峰值轉矩和峰值功率下電機控制器發電工況下進行實驗，功率分析儀記錄的數據如表1和表2所示。實驗數據表明，發電工況下隨著回饋電流的增大，系統效率也相應提高了。電機處于低速行駛時，系統效率最低，一部分能量消耗在機械摩擦上;當電機轉速位于額定轉速附近時，系統效率最大。額定轉矩和額定功率條件下，額定轉速3400r•min－1時，機械損耗為1．74kW;峰值轉矩和峰值功率條件下，峰值轉速為3400r•min－1時，機械損耗為7．13kW。可見，額定條件下，機械損耗小系統效率較高，回收的能量較多，滿足純電動汽車能量回饋的要求。

4結語

在電池技術尚未取得突破發展的情況下，研究具有能量回饋功能的純電動汽車驅動系統，有利于提高制動能量回收效率，延長續駛里程。本文針對能量回饋控制進行了硬件和軟件系統設計，并在試驗臺上進行驗證。實驗結果表明，永磁同步電機驅動系統在制動過程中，具有較高的系統效率，系統效率85%以上的工作點占72．73%，適合應用于純電動汽車。

作者：陳舒燕 朱靖 余朝剛 單位：上海工程技術大學 電子電氣工程學院 上海工程技術大學 城市軌道交通學院