(接上篇)

3.永磁磁阻同步电动机的机械特性

高永磁磁阻同步电动机在牵引控制中采用矢量控制方法，在额定转速以下恒转矩运转时，使定子电流相位领先一个β角，这样，一方面可增加电动机的转矩，另一方面由于β角领先产生的弱薄作用，使电动机额定转速点增高，从而增大了电动机在恒转矩运转时的调速范围，如β角继续增加，电动机将运行在恒功率状态。永磁磁阻同步电动机能够实现反馈制动。图14所示为永磁磁阻同步电动机的力学特性曲线。

四、IGBT在永磁无刷直流电动机控制中的应用

1.永磁无刷直流电动机的结构

永磁无刷直流电动机可以看作是一台用电子换向装置取代机械换向的直流电动机，永磁无刷直流电动机主要由永磁电动机本体、转子位置传感器和电子换向电路组成。无论是结构或控制方式，永磁无刷直流电动机与传统的直流电动机都有很多相似之处：用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极；用具有多相绕组的定子取代电枢；用由固态逆变器和轴位置检测器组成的电子换向器取代机械换向器和电刷。

2.永磁无刷直流电动机的控制系统

永磁无刷直流电动机的基本控制系统由直流电源、电容器、三相绝缘栅双极晶体管逆变器、永磁无刷直流电动机(PMBDC)、电动机转轴位置检测器(PS)、逻辑控制单元°导通宽脉宽调制信号(PWM)发生器驱动电路和其他一些电子器件共同组成。

转轴位置检测器检测转轴位置的信号，经过位置信号处理，将信号输送到逻辑控制单元，码盘检测电动机的转速，经过速度反馈单元和速度调节器对电动机的运行状态进行判别，将信号输送到逻辑控制单元，经过逻辑控制单元计算后，将控制信号传送到PWM发生器。

电流检测器按照闭环控制方式，将反馈电流进行综合，经过电流调节器调控，也将电流信号输入PWM发生器。

由转轴位置检测器根据转角θ和速度调节器，对电动机的运行状态进行判别，共同发出转子位置的信号DA、DB、DC，以及电流检测器对电流的调控信号，共同输入PWM发生器后，产生脉宽调制的信号，通过自动换流来改变定子绕组的供电频率和电流的大小，控制逆变器的功率开关元件的导通规律。如图15所示，逆变器的功率开关由上半桥开关元件S1～S3和下半桥开关元件S4～S6组成，在同一时刻只有处于不同桥臂上的一个开关元件IGBT被导通(例如S1和S6)，电动机的电磁转矩T与开关元件导通的电流成正比。

五、IGBT在驱动变速系统中的应用

通过驱动电机工作状态可以了解新能源汽车驱动系统的基本功能，根据驾驶员意愿驱动电机的工作状态：挂D挡加速行驶时、减速制动时、挂R挡倒车时以及E挡行驶时来了解它的工作过程。

1.D挡加速行驶

驾驶员挂D挡并踩加速踏板，此时挡位信息和加速信息通过信号线传递给整车控制器VCU，VCU把驾驶员的操作意图通过CAN线传递给驱动电机控制器MCU，再由驱动电机控制器MCU结合旋变传感器信息(转子位置)，进而向永磁同步电动机的定子通入三相交流电，三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场，一方面切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势；另一方面以电磁力拖动转子以同步转速正向旋转。随着加速踏板行程不断加大，电机控制器控制的6个IGBT导通频率上升，电动机的转矩随着电流的增加而增加，因此，起步时基本上拥有最大的转矩。随着电动机转速的增加，电动机的功率也增加，同时电压也随之增加。在电动汽车上，一般要求电动机的输出功率保持恒定，即电动机的输出功率不随转速增加而变化，这要求在电动机转速增加时，电压保持恒定。

与此同时，电机控制器也会通过电流传感器和电压传感器，感知电机当前功率、消耗

电流大小、电压大小，并把这些信息数据通过CAN网络传送给仪表、整车控制器，其具体工作原理如图16所示。

2.R挡倒车时

当驾驶员挂R挡时，驾驶员请求信号发给VCU，再通过CAN线发送给MCU，此时MCU结合当前转子位置(旋变传感器)信息，通过改变IGBT模块改变W/V/U通电顺序，进而控制电机反转。

3.能量制动回收

驾驶员松开加速踏板时，电机由于惯性仍在旋转，设车轮转速为V轮、电机转速为V电机，设车轮与电机之间固定传动比为K，当车辆减速时，V轮K＜V电机时，电机仍是动力源，随着电机转速下降，当V轮K＞V电机时，此时电机由于被车辆拖动而旋转，此时驱动电动机变为发电机(图17)。

BMS可以根据电池充电特性曲线(充电电流、电压变化曲线与电池容量的关系)和采集电池温度等参数计算出相应的允许最大充电电流。MCU根据电池允许最大充电电流，通过控制IGBT模块，使“发电机”定子线圈旋转磁场角速度与电机转子角速度保持到发电电流不超过允许最大充电电流，以调整发电机向蓄电池充电的电流，同时这也控制了车辆的减速度，具体过程如图18所示。

当踩下制动踏板时，MCU输出的电流频率会急剧下降，馈能电流在MCU的调节下充入高压电池，当IGBT全部关闭时在当前的反拖速度和模式下为最大馈能状态，此时MCU对“发电机”没有实施速度和电流的调整，“发电机”所发的电量全部转移给蓄电池，由于发电机负载较大，此时车辆减速也较快。在此期间能量回收的原则是：①电池包温度低于5℃时，能量不回收；②单体电压在4.05～4.12V时，能量回收6.1kW，单体电压超过4.12V时，能量不回收，低于4.05V时，能量满反馈；③SOC大于95%、车速低于30km/h时没有能量回收功能，且能量回收及辅助制动力大小与车速和制动踏板行程相关。

4.E挡行驶时

E挡为能量回收挡，在车辆正常行驶时E挡与D挡的根本区别在于MCU和VCU内部程序、控制策略不同。在加速行驶时E挡相对于D挡来说提速较为平缓，蓄电池放电电流也较为平缓，目的是尽可能节省电量以延长行驶距离，而D挡提速较为灵敏，响应较快。在松开加速踏板时，E挡更注重于能量回收，驱动电机被车轮反拖发电时所需的“机械能”牵制了车辆的滑行，从而也起到了一定的制动效果，所以E挡行车时车辆的滑行距离比D挡短。

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