基于雙定子永磁電機的混合動力汽車

    調速系統建模與仿真

    陳牧，程明，王玉彬

(東南大學電氣工程學院伺服控制技術教育部工程研究中心，南京210096)

摘要：為了提混合動力汽車的綜合效率，提出了一種以雙定子永磁無刷電機為功率分配裝置

的新型串聯式混合動力汽車的電子無級調速(E—cVT)系統。在分析電機數學模型的基礎上搭建了雙定子永磁無刷電機(DSPMBL)的Matlab／Simulink仿真模型，同時引入了按轉子磁鏈定向的異步電動機矢量控制策略，建立了該新型混合動力汽車調速系統的穩態和動態仿真模型，并對整個系統進行了仿真研究。仿真結果表明，該調速系統不僅具有E—CVT的功能，而且可以有效地提高整車效率。

關鍵詞：雙定子；永磁電機；混合動力汽車；電子無級調速；仿真

引言

  混合動力汽車(Hybird Electric Vehicles，HEVs)既克服了純電動汽車的續駛里程短、價格昂

貴等缺點，又能夠大幅減少汽油消耗，降低尾氣排量，為當前能源和環境問題的解決提供了一種新思路^[1-2]。串聯式HEVs具有獨立于汽車行駛工對發動機進行控制的優點，從而使得發動機可穩定工作于高效區或低排放區。但是，由于發動機輸出的機械能由發電機轉化為電能，再由電動機將電能轉化為機械能用來驅動汽車，途經兩次能量轉換，因此串聯式HEVs的綜合效率相對較低^[3]。針對上述缺點，本文提出了一種以雙定子永磁無刷(DSPMBL)電機為功率分配裝置的新型電子無級調速(E—CVT)系統，充分利用DSPMBL電機高效率、高功率密度的優點^[4-6]，以提高HEVs的整車效率。

1  基于DsPMBL電機的無級調速系統結構

    本文提出的串聯式混合動力汽車E—CVT系統由內燃機、DSPMBL電機和異步電機三部分組成。它們之間用串聯方式組成汽車動力單元系統。E一CvT系統結構如圖l所示。

   DsPMBL電機是該系統中的核心部分。圖2為OSPMBL電機結構示意。圖中，DsPMBL電機主要身內、外定子，內、外永磁體和轉子鐵心環及轉曲等組成。內、外永磁體分別粘貼在鐵心環的內、N、s極交錯排列。

   

2  DSPMBL電機數學模型

  鑒于DsPMBI．電機具有內外兩套定子繞組，其數學模型也分為內外兩部分。在分析該電機時，假設電機具有正弦反電動勢波形，不考慮磁路飽和，忽略渦流損耗和磁滯損耗。需要指出的是，由于內外定子間永磁體和氣隙的存在，內定子與外定子的互感可以忽略不計，因此，可以得到DsPMBI．電機的數學模型。對外定子繞組有：

式中，e_A,U_A,i_A,R_A, L_A分別為外定子A相繞組的反電勢、端電壓、電樞電流、電阻、自感；e_B,u_B,i_B,R_B,L_B分別為外定子B相繞組的反電勢、端電壓、電樞電流、電阻、自感；e_c,U_cic、R_c、L_c分別為外定子c相繞組的反電勢、端電壓、電樞電流、電阻、自感；T₁為負載轉矩；I_em為電機電磁轉矩；ω_m為電機的機械角速度(rad／s)；J。為轉子或傳動系統的轉動慣量；Kω為摩擦系數。

對DSPMBL電機內定子繞組有:

式中，e_a,U_a,i_a,R_a,L_a分別為內定子A相繞組的反電勢、端電壓、電樞電流、電阻、自感；e_b,U_b,i_b,R_b,L_b分別為內定子B相繞組的反電勢、端電壓、電樞電流、電阻、自感；e_c,U_c,_ic,R_c,

Lc分別為內定子c相繞組的反電勢、端電壓、電樞電流、電阻、自感；T₁為負載轉矩；T_em為電磁轉矩；ωm為電機的機械角速度(rad／s)；Js為轉子或傳動系統的轉動慣量；K_ω為摩擦系數。

3 E—CVT系統模型

    根據系統結構圖，將各個環節加以分解細化，可以獲得搭建Madah／simulink仿真模型�；�于DSPMBL，電機的E—cvT系統模型主要由DsPMBL電機本體、控制及驅動電路和功率變換器等主要