电动汽车永磁无刷电机母线电压调整型驱动系统的研究

针对电动汽车永磁同步电机采用直轴电流弱磁扩速导致逆变器容量增加、铜损增加、效率变低，无刷直流电机采用超前角控制弱磁扩速转矩控制通用性差，以及在逆变器桥臂开关器件不控状态下，永磁电机高速旋转时反电势经整流对直流母线电容的电压冲击问题,提出基于双向Z源逆变器的直流母线电压调整型驱动控制方案.以系统效率最优为目标,研究永磁同步电机全速域内直流母线电压调节控制方法,载波频率调节方法;研究无刷直流电机双向Z源逆变器直流母线电压调节的PWM控制方法,拓展电机的转速、转矩工作范围,提高驱动系统的效率;研究基于双向Z源逆变器的不控状态下电机反电势经整流对直流侧电压冲击的抑制方案;研究电机制动、发电工况下,双向Z源逆变器的控制方法,实现电机制动转矩和对直流电源（电池或超级电容）充电电流的独立控制，在保证制动转矩的同时优化直流电源的充电电流，延长直流电源使用寿命。

电动汽车用电池、超级电容或燃料电池等直流电源的电压会随着荷电状态的降低或负载的增加而下降，从而限制电机的转矩转速工作范围。应用Z源变换器可以升高并控制母线电压，拓宽电机的转矩、转速工作范围；同时变换器桥臂可以直通，系统可靠性高。本课题研究了直流母线电压和电机绕组电流协调控制方案，以系统效率最优为目标拓宽了电机转矩转速工作范围。采用Z源变换器驱动电机对系统提出了新的挑战，课题深入研究了不同SVPWM调制方式对电感电流纹波造成的影响，指出四段式SVPWM调制方式下，最大电感电流纹波更小，有利于减小电感体积。详细分析了小电感情况下，双向Z源逆变器的工作状态及电容电压纹波的计算方法。给出了Z源逆变器输出电流纹波的解析式，提出直流母线电压和PWM载波频率协调控制方案。在低速轻载时，降低母线电压，调低载波频率，在不增加电流脉动的情况下，降低了开关损耗。提出了一种适用于Z源逆变器的缓冲电路，在有效的抑制由线路杂散电感引起的电压尖峰的同时，提高了电路效率。形成Z源变换器制动能量回收策略，避免了传统制动电阻耗能方案造成的能量损耗。