基于雙定子永磁電機的混合動力汽車
調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真
陳牧，程明，王玉彬
(東南大學(xué)電氣工程學(xué)院伺服控制技術(shù)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(lián)式混合動力汽車的電子無級調(diào)速(E—cVT)系統(tǒng)。在分析電機數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)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(zhuǎn)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(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)仿真模型，并對整個系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明，該調(diào)速系統(tǒng)不僅具有E—CVT的功能，而且可以有效地提高整車效率。
關(guān)鍵詞：雙定子；永磁電機；混合動力汽車；電子無級調(diào)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(xù)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(dāng)前能源和環(huán)境問題的解決提供了一種新思路[1-2]。串聯(lián)式HEVs具有獨立于汽車行駛工對發(fā)動機進(jìn)行控制的優(yōu)點，從而使得發(fā)動機可穩(wěn)定工作于高效區(qū)或低排放區(qū)。但是，由于發(fā)動機輸出的機械能由發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，再由電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能用來驅(qū)動汽車，途經(jīng)兩次能量轉(zhuǎn)換，因此串聯(lián)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(diào)速(E—CVT)系統(tǒng)，充分利用DSPMBL電機高效率、高功率密度的優(yōu)點[4-6]，以提高HEVs的整車效率。
1 基于DsPMBL電機的無級調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文提出的串聯(lián)式混合動力汽車E—CVT系統(tǒng)由內(nèi)燃機、DSPMBL電機和異步電機三部分組成。它們之間用串聯(lián)方式組成汽車動力單元系統(tǒng)。E一CvT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示。
DsPMBL電機是該系統(tǒng)中的核心部分。圖2為OSPMBL電機結(jié)構(gòu)示意。圖中，DsPMBL電機主要身內(nèi)、外定子，內(nèi)、外永磁體和轉(zhuǎn)子鐵心環(huán)及轉(zhuǎn)曲等組成。內(nèi)、外永磁體分別粘貼在鐵心環(huán)的內(nèi)、N、s極交錯排列。
2 DSPMBL電機數(shù)學(xué)模型
鑒于DsPMBI．電機具有內(nèi)外兩套定子繞組，其數(shù)學(xué)模型也分為內(nèi)外兩部分。在分析該電機時，假設(shè)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(nèi)外定子間永磁體和氣隙的存在，內(nèi)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(shù)學(xué)模型。對外定子繞組有：
式中，eA,UA,iA,RA, LA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；eB,uB,iB,RB,LB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；ec,Ucic、Rc、Lc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(fù)載轉(zhuǎn)矩；Iem為電機電磁轉(zhuǎn)矩；ωm為電機的機械角速度(rad／s)；J。為轉(zhuǎn)子或傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量；Kω為摩擦系數(shù)。
對DSPMBL電機內(nèi)定子繞組有:
式中，ea,Ua,ia,Ra,La分別為內(nèi)定子A相繞組的反電勢、端電壓、電樞電流、電阻、自感；eb,Ub,ib,Rb,Lb分別為內(nèi)定子B相繞組的反電勢、端電壓、電樞電流、電阻、自感；ec,Uc,ic,Rc,
Lc分別為內(nèi)定子c相繞組的反電勢、端電壓、電樞電流、電阻、自感；T1為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；Tem為電磁轉(zhuǎn)矩；ωm為電機的機械角速度(rad／s)；Js為轉(zhuǎn)子或傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量；Kω為摩擦系數(shù)。
3 E—CVT系統(tǒng)模型
根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，將各個環(huán)節(jié)加以分解細(xì)化，可以獲得搭建Madah／simulink仿真模型。基于DSPMBL，電機的E—cvT系統(tǒng)模型主要由DsPMBL電機本體、控制及驅(qū)動電路和功率變換器等主要 |
