由于直流电机体积和重量大,价格高,存在换向火花,所以功率也相对较小,故电动汽车需求的电机一般采用交流电机。
随着电子器件的发展,异步电机的控制方法也需要更精确,更灵活的方式。1975年德国工程师Blaschke提出了矢量控制原理,成功的解决了对异步电机转矩的控制。它的基本原理是通过矢量变换控制使定子产生与转子同样的旋转磁场,建立三相交流绕组电流、两相交流绕组电流和旋转坐标上正交绕组的直流电流对等关系。从而可以按照直流电机的控制方法来控制交流电机。矢量控制的最终目标就是把交流电机等效成直流电机,达到解耦控制的目的。
一、电机磁路结构原理
A,B,C三相只要接通一相就可以产生一个磁极,定子也是磁极,只要两者有一定的相位差,就可以产生力矩,这是三相电机控制的基本原理。
二、三电交流电机的FOC控制
FOC是三相交流电机的最流行的控制算法,它的优点是控制精度高,响应快。
磁场定向控制(FOC)也叫做矢量控制,它的基本思想是选取电机的某个旋转磁场轴作为设定的同步旋转坐标轴。
在无刷直流电机中,可以选择转子磁场、气隙磁场和定子磁场三种旋转磁场轴。一般来说,选择转子磁场作为FOC控制的同步旋转轴。
FOC的基本做法是通过坐标变换,将正弦波定子电流分解成与磁场平行的磁场分量电流和与磁场垂直的转矩分量电流,分别称为直轴电流和交轴电流,并对这两种电流进行控制。
这种分解让磁通电流分量和转矩电流分量完全解耦,类似于方波驱动控制,从而实现了稳定和高性能的控制。
FOC 控制主要由 Clark 变换、Park 变换、Park 逆变换、PID 控制、SVPWM控制五个模块组成。
旋转坐标系转换原理图
三、三相交流控制器的硬件框图
三相交流控制器主要由电源管理,MCU,隔离保护电流,预驱电路及IGBT,信号调理电路组成。
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