基于双定子永磁电机的混合动力汽车

    调速系统建模与仿真

    陈牧，程明，王玉彬

(东南大学电气工程学院伺服控制技术教育部工程研究中心，南京210096)

摘要：为了提混合动力汽车的综合效率，提出了一种以双定子永磁无刷电机为功率分配装置

的新型串联式混合动力汽车的电子无级调速(E—cVT)系统。在分析电机数学模型的基础上搭建了双定子永磁无刷电机(DSPMBL)的Matlab／Simulink仿真模型，同时引入了按转子磁链定向的异步电动机矢量控制策略，建立了该新型混合动力汽车调速系统的稳态和动态仿真模型，并对整个系统进行了仿真研究。仿真结果表明，该调速系统不仅具有E—CVT的功能，而且可以有效地提高整车效率。

关键词：双定子；永磁电机；混合动力汽车；电子无级调速；仿真

引言

  混合动力汽车(Hybird Electric Vehicles，HEVs)既克服了纯电动汽车的续驶里程短、价格昂

贵等缺点，又能够大幅减少汽油消耗，降低尾气排量，为当前能源和环境问题的解决提供了一种新思路^[1-2]。串联式HEVs具有独立于汽车行驶工对发动机进行控制的优点，从而使得发动机可稳定工作于高效区或低排放区。但是，由于发动机输出的机械能由发电机转化为电能，再由电动机将电能转化为机械能用来驱动汽车，途经两次能量转换，因此串联式HEVs的综合效率相对较低^[3]。针对上述缺点，本文提出了一种以双定子永磁无刷(DSPMBL)电机为功率分配装置的新型电子无级调速(E—CVT)系统，充分利用DSPMBL电机高效率、高功率密度的优点^[4-6]，以提高HEVs的整车效率。

1  基于DsPMBL电机的无级调速系统结构

    本文提出的串联式混合动力汽车E—CVT系统由内燃机、DSPMBL电机和异步电机三部分组成。它们之间用串联方式组成汽车动力单元系统。E一CvT系统结构如图l所示。

   DsPMBL电机是该系统中的核心部分。图2为OSPMBL电机结构示意。图中，DsPMBL电机主要身内、外定子，内、外永磁体和转子铁心环及转曲等组成。内、外永磁体分别粘贴在铁心环的内、N、s极交错排列。

   

2  DSPMBL电机数学模型

  鉴于DsPMBI．电机具有内外两套定子绕组，其数学模型也分为内外两部分。在分析该电机时，假设电机具有正弦反电动势波形，不考虑磁路饱和，忽略涡流损耗和磁滞损耗。需要指出的是，由于内外定子间永磁体和气隙的存在，内定子与外定子的互感可以忽略不计，因此，可以得到DsPMBI．电机的数学模型。对外定子绕组有：

式中，e_A,U_A,i_A,R_A, L_A分别为外定子A相绕组的反电势、端电压、电枢电流、电阻、自感；e_B,u_B,i_B,R_B,L_B分别为外定子B相绕组的反电势、端电压、电枢电流、电阻、自感；e_c,U_cic、R_c、L_c分别为外定子c相绕组的反电势、端电压、电枢电流、电阻、自感；T₁为负载转矩；I_em为电机电磁转矩；ω_m为电机的机械角速度(rad／s)；J。为转子或传动系统的转动惯量；Kω为摩擦系数。

对DSPMBL电机内定子绕组有:

式中，e_a,U_a,i_a,R_a,L_a分别为内定子A相绕组的反电势、端电压、电枢电流、电阻、自感；e_b,U_b,i_b,R_b,L_b分别为内定子B相绕组的反电势、端电压、电枢电流、电阻、自感；e_c,U_c,_ic,R_c,

Lc分别为内定子c相绕组的反电势、端电压、电枢电流、电阻、自感；T₁为负载转矩；T_em为电磁转矩；ωm为电机的机械角速度(rad／s)；Js为转子或传动系统的转动惯量；K_ω为摩擦系数。

3 E—CVT系统模型

    根据系统结构图，将各个环节加以分解细化，可以获得搭建Madah／simulink仿真模型。基于DSPMBL，电机的E—cvT系统模型主要由DsPMBL电机本体、控制及驱动电路和功率变换器等主要