呂晨光，宋強，靳建波 北京理工大學(xué)，機械與車輛學(xué)院，北京，100081

引言

電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的核心部分[1-2]。按所使用電機的類型可以分為直流電機驅(qū)動系統(tǒng)和交流電機驅(qū)動系統(tǒng)[3]，而交流電機驅(qū)動系統(tǒng)中，感應(yīng)電機容易被接受，使用較廣泛，永磁同步電機由于其本身的高能量密度與高效率，具有比較大的競爭優(yōu)勢，應(yīng)用范圍日益增多。

    為了滿足整車動力性能要求，電機驅(qū)動系統(tǒng)要有較高的動態(tài)性能，目前比較成功的控制策略包括：基于穩(wěn)態(tài)模型的變頻變壓控制（VVVF）、基于動態(tài)模型的磁場定向控制（FOC）以及直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control——DTC）。其中直接轉(zhuǎn)矩控制是在矢量控制基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，其主要優(yōu)點是：摒棄了矢量控制中的解耦思想，直接控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并利用定子磁鏈定向代替了矢量控制中的轉(zhuǎn)子磁鏈定向，避開了電動機中不易確定的參數(shù)(轉(zhuǎn)子電阻等)識別。目前國內(nèi)外的永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型只是基于中線不接出三相對稱繞組條件下，引入轉(zhuǎn)子磁鏈、定子漏抗、及各繞組的互感而建立的，忽略了軸承及其他雜散損耗以及PWM波等因素對電機的影響，因此基于該電機模型建立的控制策略在電機的低速脈動、高速弱磁、穩(wěn)定性和輸出轉(zhuǎn)矩一致性等方面還存在諸多問題[5]。為了能更好的解決直接轉(zhuǎn)矩控制下電機的低速轉(zhuǎn)矩脈動的問題，本文建立了引入逆變器死區(qū)時間的電機模型，通過對死區(qū)時間的產(chǎn)生和作用機理進行分析，得出引起輸出電壓波形畸變以及相位變化的關(guān)鍵影響因子，針對仿真結(jié)果提出一種減小死區(qū)時間引起電壓波形畸變的方法，通過應(yīng)用PCI-9846H、電流傳感器、電壓傳感器、轉(zhuǎn)矩儀、電機及其控制器、測功機等設(shè)備完成車用電機試驗平臺的搭建，上位機通過LABVIEW編寫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過對電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速信息的采集與分析，對本文提出的減小死區(qū)時間對輸出電壓波形畸變的方法進行了驗證。

1.逆變器死區(qū)時間的研究

1.1逆變器死區(qū)時間產(chǎn)生機理

對于永磁同步電機驅(qū)動而言，在IGBT正常工作時，上下橋臂是交替互補導(dǎo)通的。在交替過程中必須存在上下橋臂同時關(guān)閉的狀態(tài)，確保在上/下橋臂導(dǎo)通前，對應(yīng)的互補下/上橋臂可靠關(guān)斷，這段上下兩個橋臂同時關(guān)斷的時間稱為死區(qū)時間。針對目前市場上IGBT的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，逆變器死區(qū)時間一般為3～7μs[6]。在電機工作在一定轉(zhuǎn)速以上時，由于基波電壓足夠大，死區(qū)效應(yīng)對基波電壓影響較小，所以不為人們所重視；但電機工作在低速時，基波電壓很小，死區(qū)效應(yīng)對基波電壓影響相對較大，死區(qū)時間越長，逆變器輸出電壓的損耗越大，電壓波形的畸變程度也會變大，除此之外死區(qū)時間還會影響輸出電壓的相位，使PWM波形不再對稱于中心，造成電機損耗增加，效率降低，輸出轉(zhuǎn)矩脈動等。圖1所示為死區(qū)時間產(chǎn)生的機理以及對輸出電壓的影響，其中V為理想的PWM電壓輸出波形，Ua-為負(fù)母線電

壓，Ua+為正母線電壓，v為誤差電壓，Ia為輸出電流。

參考文獻

[1]孫逢春，程夕明.電動汽車動力驅(qū)動系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].汽車工程，2000．022(004)．220～224，229.

[2]翟麗.電動汽車交流感應(yīng)電機驅(qū)動控制系統(tǒng)及其特性研究[D].北京理工大學(xué):2004

[3]C.C.Chan，K.T.Chau. Modern Electric Vehicle Technology. UK:Oxford University Press, 2001

[4]宋強.電動車輛動力驅(qū)動系統(tǒng)測試平臺設(shè)計開發(fā)及試驗研究[D].北京理工大學(xué):2004.

[5]董玉剛.電傳動履帶車輛永磁同步電機控制技術(shù)研究[D].北京理工大學(xué):2010

[6]Choi.J.W, "Inverter output voltage synthesis using novel dead time compensation",IEEE

Transaction on Power Electronics, Vol.11:221-227, 1996.

[7]劉明基等.逆變器死區(qū)時間對永磁同步電動機系統(tǒng)的影響[J].微特電機,2001.3:12-15.

[8]章建鋒.死區(qū)時間對輸出電壓的影響分析[J].電力電子技術(shù),2007.8:31-33.

[9]顧進超.車輛電傳動試驗臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)[D].北京理工大學(xué):2004研究[D].北京理工大學(xué):2010

[6]Choi.J.W, "Inverter output voltage synthesis using novel dead time compensation",IEEE

Transaction on Power Electronics, Vol.11:221-227, 1996.

[7]劉明基等.逆變器死區(qū)時間對永磁同步電動機系統(tǒng)的影響[J].微特電機,2001.3:12-15.

[8]章建鋒.死區(qū)時間對輸出電壓的影響分析[J].電力電子技術(shù),2007.8:31-33.

[9]顧進超.車輛電傳動試驗臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)[D].北京理工大學(xué):2004