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电动汽车空调用高速直流无刷电机无位置传感器控制装置开发
成果概况
成果年份: 2015 成果类别: 应用技术 课题来源: 地方计划
起止时间: 2013.01 至2015.09 研究形式: 独立研究 所处阶段: 中期阶段
成果属性: 原始性创新 体现形式: 新产品      
成果简介
     本项目所研究的空调驱动控制器以高性能的TMS320F2812 DSP作为控制核心,采用数字控制方式,以TMS320F2812电机作为驱动元件,以电机数学模型为基础,利用反电动势滤波获取过电势零点的方法获得电机转子位置,采用速度、电流双闭环控制方式,搭建电机无位置传感器驱动装置。 本项目的研究内容包括: 1、基于无位置传感器电机的车载电动空调压缩机驱动单元 压缩机采用无位置传感器的高速无刷直流电机,可以进一步提高了系统的可靠性。无刷直流电机的位置传感器多采用光电编码器,这类编码器虽然具有位置精度高的特点,但是抗震、防水能力差,在汽车运行时颠簸频繁的恶劣环境下极易损坏,压缩机可靠性受到制约。同时由于传感器的存在,电机引出线数量增加,给压缩机的密封带来困难。另外,无位置传感器电机还可以进一步降低驱动系统的成本。 2、采用数字伺服控制方式 本项目开发的电机控制器为全数字控制系统,电路主要由五大模块构成,分别为主控模块(DSP芯片)、电源模块、传感器模块、通信模块以及电机驱动模块。 3、采用反电动势法与三次谐波法来估计转子位置 驱动器以高性能的数字处理器DSP为核心,这使得先进算法的采用成为可能。在转子位置估算方面,本项目先后采用了两种检测法。 基于三次谐波法,构建三次谐波检测电路。这个方法在试品电机上取得效果不佳。取得的三次谐波波形很弱,并且有很多谐波掺杂其中,导致获取换向点失败。测试发现试品电机的电压波形不是规整的梯形波,而是接近许多毛刺谐波的正弦波,傅立叶分解后的三次谐波分量较少。 基于反电动势法,RC滤波后出来的波形在转速达到10%可以观测到,但是波形散乱,无法用于位置检测。达到30%转速,反电动势波形过零点已经可以很好的捕捉。但是随着转速的升高,波形相对于滞后越来越大,我们根据滞后角度在DSP进行滞后相位补偿计算。通过反电势和相电流计算电机位置检测,从而得到电机的转速,构成数字化速度和电流双闭环控制系统。 因为在转速21500rpm,相位滞后已经达到19°。为了使此种方法可以在更高速度适用(未来很多领域转速达到45000rpm以上),我们提出来超前触发控制。用前一相反电动势过零点的时刻,加上实验所测的滞后时间,通过延时导通来驱动下一拍的开关动作,即利用A相过零点时刻滞后来代替B相过零点时刻,这样可以承受更大的滞后时间,实现在合理的时间换向。 本项目研发的控制器,可以在21000转/分精确的驱动BLDCM电机。经过相位补偿后,控制精度和有位置控制方式基本一致,国内文献记载可以做到30000转/分以上,但是对电机结构有特殊的要求。本项目的控制器是基于通用的高速无刷直流电机。具有较好的通用性。 采用高速无刷直流电机驱动装置的电动空调,可以减少空调的体积,提高空调的运行效率和可靠性,降低用户的购车成本、维护成本和使用成本。对缓解大气污染等诸多问题都有积极作用。 本项目所研究的电动空调,其本身是电子装置,成本低、重量轻、维护容易、性能优良,在各个方面相对于传统机械空调都具有优势,因此在未来有很大的市场空间。 此类电动空调的推广,会带来巨大的经济效益,并推动相关技术的研发,本课题研发的高速无刷直流电机驱动器,适用于于轻启动负载的高速无刷电机驱动的旋转机械。在高速风机、高速泵领域都可以得到应用。有力的推动高速、高效、小体积机械设备的开发。
应用前景
主要应用行业: 制造业 知识产权形式: 其他
应用状态: 试用 拟转化方式:
单位概况
完成单位: 黄河科技学院
单位地址: 河南省郑州市航海中路94号(北校区)
单位电话: 0371-68835159;68782596 单位网址: http://www.hhstu.edu.cn      
联系方式
联系人: 吴群雄 联系人电话: 13673354432 联系人Email: