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電動(dòng)汽車(chē)的電效率優(yōu)化問(wèn)題

作者: 時(shí)間:2012-05-10 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
  采用14/42V系統(tǒng)取代現(xiàn)有的12/14V系統(tǒng),其最大的優(yōu)勢(shì)在于:針對(duì)車(chē)內(nèi)不同電氣設(shè)備,對(duì)需要大功率的設(shè)備,提高額定電壓值,可大大降低額定電流,不僅可以減小電器裝置本身的體積、質(zhì)量和損耗,也有利于采用由功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成的控制裝置的小型化,并提高其集成度。由于傳統(tǒng)的電器與部分電子裝置功率負(fù)荷不大,采用14V供電有利于這些裝置功能的發(fā)揮,但因技術(shù)擴(kuò)展條件有限,而又會(huì)大量采用電氣電子裝置。新的供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)供電系統(tǒng)具有完全的兼容性,這是雙電壓供電系統(tǒng)的基本特點(diǎn)[4]。

  圖1 14 / 42V雙電壓電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

  因此,從效率的角度考慮,在今后的中推廣使用42V電壓系統(tǒng),有利于減小電流,進(jìn)而減小能量損耗,并且能夠壓縮所需電子設(shè)備的體積,節(jié)省空間,從而提高的整體能量利用效率。

  3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法

  下面將針對(duì)應(yīng)用最為廣泛的感應(yīng)電機(jī)的控制中如何提高效率進(jìn)行詳細(xì)分析。

  3.1 感應(yīng)電機(jī)的控制方法

  對(duì)于交流感應(yīng)電機(jī)控制,常用的有以下幾種方法:V/f 控制法、矢量控制法和直接轉(zhuǎn)矩控制法。在上述方法當(dāng)中,V/f控制方法雖然簡(jiǎn)單,但由于沒(méi)有電流控制環(huán),系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程較差。矢量控制法基于感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈的定向?qū)崿F(xiàn)了分別獨(dú)立的控制轉(zhuǎn)矩和磁通,從而得到了與他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)相同的轉(zhuǎn)矩控制特性。直接轉(zhuǎn)矩控制基于對(duì)所觀測(cè)到的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)反饋控制,可以得到較好的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)特性。

  在將上述方法應(yīng)用于時(shí),需要再加上效率優(yōu)化控制環(huán)節(jié)以使得電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的效率達(dá)到較好的水平[5]。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。系統(tǒng)中有三個(gè)反饋控制環(huán),速度負(fù)反饋環(huán)和電流負(fù)反饋環(huán)是采用成熟的感應(yīng)電機(jī)控制方法,而為了實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)化,設(shè)置了效率最優(yōu)調(diào)節(jié)器,根據(jù)檢測(cè)元件得到的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,調(diào)整該控制器輸出,以達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行效率最優(yōu)化的目的。

  圖2 控制系統(tǒng)方框圖

  3.2 感應(yīng)電機(jī)效率最優(yōu)控制方法

  交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率最優(yōu)化問(wèn)題,就是尋求在輸出功率一定時(shí)候,系統(tǒng)輸入功率函數(shù) Pin的極小值?;谛首顑?yōu)的控制方法有以下兩種基本類(lèi)型[6][9]:

  第一,根據(jù)給定的電機(jī)參數(shù)建立模型得到效率最優(yōu)的控制策略。交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的損耗可分為以下幾部分:銅損 (定子和轉(zhuǎn)子)、鐵損 (磁滯和渦流)、雜散損耗、摩擦和間歇損耗、變流器損耗。在這些損耗中,銅損和鐵損大約占80-90%。損耗的模型不但復(fù)雜,而且是非線(xiàn)性的。更嚴(yán)重的是,由于溫度和飽和效應(yīng)的影響,模型的參數(shù)在不同工況下變化明顯。例如在某些情況下,轉(zhuǎn)子的電阻值會(huì)比其標(biāo)稱(chēng)值增加一倍以上。3.2.1中將介紹基于自適應(yīng)算法的臨界阻尼最優(yōu)控制方法。這種方法提出了一種電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)方案,使用臨界阻尼控制方法實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)的效率最優(yōu)控制。本方法在保證了不惡化動(dòng)態(tài)過(guò)程的前提下,確保了穩(wěn)態(tài)效率最優(yōu)。同時(shí),為了解決由于定子電壓、電流觀測(cè)中的微小差錯(cuò)帶來(lái)的磁鏈電流變化,穩(wěn)態(tài)下根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算適當(dāng)?shù)拇沛渽⒖茧娏髯鳛榭刂浦笜?biāo)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了比采用“轉(zhuǎn)子磁鏈為常值”控制方法更優(yōu)的效果。

  第二,直接根據(jù)電機(jī)輸入功率值的函數(shù)通過(guò)數(shù)學(xué)工具計(jì)算該函數(shù)的最小值點(diǎn),得到電機(jī)的效率最優(yōu)工作點(diǎn)。通過(guò)逐漸減少勵(lì)磁電流直到所測(cè)輸入功率達(dá)到最低值的在線(xiàn)搜尋法,顯得非常具有吸引力和應(yīng)用前景。這種方法最吸引人的特點(diǎn)在于不需要損耗模型和電機(jī)參數(shù)的精確信息。并且,當(dāng)所測(cè)的輸入功率是在DC/AC變換器的輸入端時(shí),還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)電機(jī)損耗和變換器損耗的最小化。由于輸入端電壓和電流波形的諧波含量較低,輸入功率檢測(cè)也很方便。在3.2.2中將介紹一種新的在線(xiàn)效率最優(yōu)化方法.

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