6.驅(qū)動電機(jī)控制----IGBT的結(jié)構(gòu)及控制
在前面文章中，我提到過
新能源汽車的三大電，電機(jī)控制是其中之一，由于動力電池輸出的是直流電，而電機(jī)控制需要的是交流電，因此電機(jī)控制器需要對直流電進(jìn)行交流轉(zhuǎn)換，這就涉及到逆變電路的控制及工作，針對這些變換的概念給大家梳理一下，方便大家理解。
（1）交流一直流變換（AC/DC變換）：整流；
（2）直流一交流變換（DC/AC變換）：逆變；
（3）直流一直流變換（DC/DC變換）：斬波；
（4）交流一交流變換（AC/AC變換）：變頻；
交流一直流一交流變換（AC/DC/AC變換）。
可知，直流變交流稱為逆變過程，關(guān)于逆變的詳細(xì)工作原理有興趣的讀者可以看相關(guān)電子電工學(xué)的資料文獻(xiàn)，但本文還是需要提一下IGBT的控制，也就是
新能源汽車電機(jī)控制器主要用到的逆變電路。
新能源驅(qū)動電機(jī)控制器采用三相兩電平電壓源型逆變器，又稱智能功率模塊，以IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊（圖56）為核心，輔以驅(qū)動集成電路、主控集成電路。對所有的輸入信號進(jìn)行處理，并將驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息通過CAN2.0網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給整車控制器。圖57所示為絕緣柵雙極型晶體管IGBT分類。
絕緣柵雙極晶體管的結(jié)構(gòu)如圖58所示，116用IGBT的集電極電流最大可做到3 600A，集射極電壓可達(dá)到4 500V以上，中小容量IGBT的開關(guān)工作頻率在20～40kHz，大容量IGBT的開關(guān)工作頻率通常在5kHz左右，IGBT是目前應(yīng)用最為廣泛的電力電子器件，使用功率范圍從幾百瓦到數(shù)百干瓦。
7.驅(qū)動電機(jī)控制—位置控制
位置傳感器將轉(zhuǎn)子的位置信號電平反饋給控制芯片，控制芯片經(jīng)過電流采樣和數(shù)學(xué)變換，并根據(jù)反饋的位置信息經(jīng)過閉環(huán)運(yùn)算，重新按新的PWM占空比輸出，來觸發(fā)功率器件。圖59所示為
電動汽車的驅(qū)動控制系統(tǒng)原理圖。
驅(qū)動時：整車控制器根據(jù)車輛運(yùn)行的不同情況，包括車速、擋位、踏板開合程度和電池SOC值來決定電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩／功率。
當(dāng)電機(jī)控制器從整車控制器處得到轉(zhuǎn)矩輸出命令時，將動力電池提供的直流電轉(zhuǎn)化成三相正弦交流電，驅(qū)動電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，通過減速箱來驅(qū)動車輛運(yùn)行。
動力電池提供直流電，經(jīng)高壓分配器到電機(jī)控制器，電機(jī)控制器中的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為電壓頻率可調(diào)的三相交流電，供給驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)將電能變?yōu)閯幽茌敵鲛D(zhuǎn)矩驅(qū)動車輪運(yùn)行。
再生制動（能量回饋）時：當(dāng)車輛在溜車或剎車制動的時候，電機(jī)控制器從整車控制器得到發(fā)電命令后，電機(jī)控制器將電機(jī)置于發(fā)電狀態(tài)。此時電機(jī)會將車子動能轉(zhuǎn)化成電能。然后，三相正弦交流電通過電機(jī)控制器轉(zhuǎn)化為直流電，存儲到電池中。
電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子磁場的軸線超前于定子旋轉(zhuǎn)磁場的軸線一定角度，轉(zhuǎn)子拖著定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)，電磁吸力方向發(fā)生變化，即與旋轉(zhuǎn)方向相反起制動作用，同時電機(jī)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行，把動能變成電能產(chǎn)生三相交流電，逆變器處于整流工作狀態(tài)，將三相交流電變?yōu)橹绷麟?，?jīng)高壓分配器反饋回
蓄電池。既節(jié)約了電能又減少了制動片的磨耗。
（1）旋轉(zhuǎn)變壓器
旋轉(zhuǎn)變壓器簡稱旋變，是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號元件。當(dāng)勵磁繞組以一定頻率的交流電壓勵磁時，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦函數(shù)關(guān)系。圖60為旋變的內(nèi)部工作原理示意圖。
（2）解角傳感器
為了滿足電機(jī)靜止啟動和全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩波動的控制目的，需要利用解角傳感器精確地測量永磁轉(zhuǎn)子磁極位置和速度。解角傳感器是采用
電磁感應(yīng)原理制成的旋轉(zhuǎn)型感應(yīng)傳感器，它由定子和轉(zhuǎn)子組成。橢圓型轉(zhuǎn)子與電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子相連接，同步轉(zhuǎn)動。橢圓型轉(zhuǎn)子外圓曲線代表著永磁轉(zhuǎn)子磁極位置。定子包括1個勵磁線圈和2個檢測線圈，2個檢測線圈S和C軸線在空間坐標(biāo)上正交，MCU按預(yù)定頻率的交流電流輸入勵磁線圈A，隨著橢圓型轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子和定子間的間隙發(fā)生變化，就會在檢測線圈S和C上感應(yīng)出相位差90°正弦、余弦感應(yīng)電流，MCU根據(jù)檢測線圈S和C感應(yīng)電流的波形相位和幅值，以及波形的脈沖次數(shù)，計算出電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子的磁極位置和轉(zhuǎn)速值信號，作為MCU對電機(jī)矢量控制的基礎(chǔ)信號。
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