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一種基于ipm模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:7361117閱讀:276來源:國知局
一種基于ipm模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),包括微處理器模塊,分別與微處理器連接的隔離驅(qū)動模塊和傳感器模塊,與隔離驅(qū)動模塊連接的IPM模塊,與傳感器模塊連接、且與永磁同步電機配合設(shè)置的編碼器,以及與IPM模塊連接的電池組;電池組、IPM模塊和永磁同步電機依次連接,傳感器模塊還與IPM模塊和隔離驅(qū)動模塊連接。本發(fā)明所述基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),可以克服現(xiàn)有技術(shù)中能源利用率低、穩(wěn)定性差和可靠性低等缺陷,以實現(xiàn)能源利用率高、穩(wěn)定性好和可靠性高的優(yōu)點。
【專利說明】—種基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機控制【技術(shù)領(lǐng)域】,具體地,涉及一種基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]相對混合動力汽車和燃料電池汽車,純電動汽車有著無污染、噪聲??;結(jié)構(gòu)簡單;利用夜間的廉價“谷”電對電池充電,可以平抑電網(wǎng)的峰一谷差等優(yōu)勢,純電動車是中國新能源汽車未來的發(fā)展方向。電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵組成部分,它的輸出特性決定了電動汽車的動力特性,同時,它的效率將直接影響電動汽車效率。
[0003]目前,國內(nèi)外電動汽車的驅(qū)動電機多采用感應(yīng)電機和永磁同步電機。相比感應(yīng)電機,永磁同步電機具有功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高、效率高、功率因素高、可靠性高和便于維護等優(yōu)點,電機永磁化是未來電動汽車驅(qū)動電機的發(fā)展方向。電機驅(qū)動系統(tǒng)作為電動汽車的三大系統(tǒng)之一,是電動汽車控制系統(tǒng)的重要組成部分,永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)是電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的主要研究方向。
[0004]在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中,發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在能源利用率低、穩(wěn)定性差和可靠性低等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于,針對上述問題,提出一種基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),以實現(xiàn)能源利用率高、穩(wěn)定性好和可靠性高的優(yōu)點。
[0006]為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),包括微處理器模塊,分別與所述微處理器連接的隔離驅(qū)動模塊和傳感器模塊,與所述隔離驅(qū)動模塊連接的IPM模塊,與所述傳感器模塊連接、且與永磁同步電機配合設(shè)置的編碼器,以及與所述IPM模塊連接的電池組;所述電池組、IPM模塊和永磁同步電機依次連接,所述傳感器模塊還與IPM模塊和隔離驅(qū)動模塊連接。
[0007]進一步地,以上所述的基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),還包括DC/DC模塊;所述DC/DC模塊,分別與電池組、隔離驅(qū)動模塊和傳感器模塊連接。
[0008]進一步地,以上所述的基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),還包括與所述微處理器模塊連接的故障報警模塊。
[0009]進一步地,以上所述的基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),還包括與所述微處理器模塊連接、且能夠與CAN總線連接的車載網(wǎng)絡(luò)接口。
[0010]進一步地,所述隔離驅(qū)動模塊,主要包括依次配合連接的隔離電路、濾波電路和電源模塊。
[0011]進一步地,所述隔離電路主要包括高速光耦器件。
[0012]本發(fā)明各實施例的基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),由于包括微處理器模塊,分別與微處理器連接的隔離驅(qū)動模塊和傳感器模塊,與隔離驅(qū)動模塊連接的IPM模塊,與傳感器模塊連接、且與永磁同步電機配合設(shè)置的編碼器,以及與IPM模塊連接的電池組;電池組、IPM模塊和永磁同步電機依次連接,傳感器模塊還與IPM模塊和隔離驅(qū)動模塊連接;采用永磁同步電機作為驅(qū)動電機,可以有效提高電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的功率密度;從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中能源利用率低、穩(wěn)定性差和可靠性低的缺陷,以實現(xiàn)能源利用率高、穩(wěn)定性好和可靠性高的優(yōu)點。
[0013]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述,并且,部分地從說明書中變得顯而易見,或者通過實施本發(fā)明而了解。
[0014]下面通過附圖和實施例,對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解,并且構(gòu)成說明書的一部分,與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明,并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為本發(fā)明基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)框圖;
圖2為本發(fā)明基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)中隔離驅(qū)動模塊的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明,應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
[0017]根據(jù)本發(fā)明實施例,提供了一種基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),如圖1和圖2所不,具體為一種基于IPM驅(qū)動模塊的、用于電動汽車的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)。
[0018]本實施例的基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),包括微處理器模塊,微處理器模塊的模擬量輸入通道與傳感器模塊連接,通過傳感器模塊采集電池組電壓、IPM模塊的溫度和故障信號、電機工作電壓和電流以及電機轉(zhuǎn)速信號等,微處理器模塊通過車載網(wǎng)絡(luò)接口與車載的CAN總線連接,微處理器模塊通過數(shù)字輸出通道連接隔離驅(qū)動模塊和故障報警模塊,隔離驅(qū)動模塊與IPM模塊連接,IPM模塊與三相永磁同步電機連接,編碼器模塊通過聯(lián)軸器與三相永磁同步電機。
[0019]具體地,如圖1所示,微處理器模塊的數(shù)字輸出端口與隔離驅(qū)動模塊連接,隔離驅(qū)動模塊與IPM模塊連接,通過控制微處理器模塊數(shù)字端口的輸出信號,驅(qū)動IPM模塊。
[0020]微處理器模塊的數(shù)字輸入端口與編碼器連接,編碼器通過聯(lián)軸器與永磁同步電機的軸連接,用于實時測量電機轉(zhuǎn)速和位置信息。
[0021 ] 微處理器模塊的模擬量輸入端口與傳感器模塊連接,傳感器模塊與電池組輸出端連接,測量電池組的工作電壓和電流,用于監(jiān)控電池組的工作狀態(tài);傳感器模塊與隔離驅(qū)動模塊連接,測量IPM模塊內(nèi)部的溫度;傳感器模塊與IPM模塊的輸出端口連接,測量永磁同步電機的工作電壓和工作電流。
[0022]微處理器模塊的數(shù)字輸出端口與報警模塊連接,報警模塊用于電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)的輔助顯示,實時顯示電機驅(qū)動控制系統(tǒng)運行過程中的故障信息,如IPM溫度過高、電池組電壓欠壓/過壓、IPM模塊內(nèi)部故障等。[0023]微處理器模塊與車載網(wǎng)絡(luò)接口連接,接入到車載CAN總線網(wǎng)絡(luò),通過CAN總線與車載的其它ECU控制器進行通訊,電機驅(qū)動控制系統(tǒng)通過CAN總線,接收來自整車控制器的指令信號(如:速度、轉(zhuǎn)矩等),同時電機驅(qū)動控制系統(tǒng)將采集到的環(huán)境參數(shù)和工作參數(shù),如溫度、電機速度、電機工作電壓和電流以及故障信息等通過CAN總線發(fā)送給車載其它ECU控制器。
[0024]DC/DC模塊將電池組的輸出電壓轉(zhuǎn)換成24V、3.3V和1.9V直流電壓輸出,其中
3.3V和1.9V電壓提供給微處理器模塊作為工作電壓,24V直流電壓提供給隔離驅(qū)動模塊中的電源模塊作為輸入電壓。
[0025]如圖2所示,隔離驅(qū)動模塊由隔離電路、濾波電路以及電源模塊組成,Jl是隔離驅(qū)動模塊的控制輸入端子,供電電壓為3.3V,WP、UP、VP分別是IPM模塊內(nèi)部IGBT橋中上橋臂三個IGBT元件的控制輸入端,WN、UN、VN分別是IPM模塊內(nèi)部IGBT橋中下橋臂三個IGBT元件的控制輸入端,各控制輸入端均采用高速光耦進行隔離,高速光耦輸出端的供電電壓兩端連接有陶片電容,用于濾除高頻干擾Jl的BR引腳是能耗制動的控制輸入端,F(xiàn)O引腳是IPM模塊的故障輸出端。
[0026]J2包括IPM模塊的控制輸入端和IPM內(nèi)部故障輸出端,IPM的內(nèi)部故障有IPM內(nèi)部IGBT橋中下橋臂IGBT元件故障FOJP IGBT橋中上橋臂IGBT元件故障WPFO、VPFO, UPFO,這個四個故障信號經(jīng)普通光耦隔離驅(qū)動輸出后連在一起(進行“線與”),與Jl的故障輸出端子FO連接,四個故障信號中任何一個故障信號有效輸出,都將引起Jl的FO端子的電平變化;發(fā)光二極管Dl、D2、D3和D4分別與IPM模塊內(nèi)部IGBT故障信號F0、WPFO、VPFO和UPFO連接,用于實時顯示IPM模塊內(nèi)部IGBT故障信號,當(dāng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致故障信號有效時,對應(yīng)的發(fā)光二級管將被點亮。
[0027]電源模塊由U1,U2,U3和U4四個24V輸入、15V輸出的DC/DC模塊組成,為IPM內(nèi)部的IGBT驅(qū)動電路提供15V的工作電源,其中Ul為IPM內(nèi)部IGBT橋中下橋臂3個IGBT驅(qū)動電路提供電源,U2、U3和U4分別為IPM內(nèi)部IGBT橋中上橋臂3個IGBT驅(qū)動電路提供電源,DC/DC模塊U2、U3和U4的輸出功率相同,功率范圍為1.5W-2W ;U1的輸出功率范圍為
4.5ff-6ffo
[0028]微處理器模塊通過傳感器模塊實時采集永磁同步電機的三相電流,經(jīng)空間轉(zhuǎn)換和計算,估算出永磁同步電機的定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩;微處理器模塊通過傳感器模塊和編碼器實時采集永磁同步電機的轉(zhuǎn)速,經(jīng)速度調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器計算,輸出作為給定的轉(zhuǎn)矩和磁鏈,并與前面估算出的定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進行比較,并判斷磁鏈空間矢量扇區(qū),將比較的結(jié)果與磁鏈空間矢量扇區(qū)一起對三維的電壓矢量開關(guān)表進行查表,獲得對應(yīng)的空間電壓矢量,輸出PWM信號,經(jīng)隔離驅(qū)動模塊后送至IPM模塊的控制輸入端,從而控制永磁同步電機的運行。
[0029]綜上所述,本發(fā)明上述各實施例的基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),至少可以達到的有益效果包括:
⑴該基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),采用永磁同步電機作為驅(qū)動電機,可以有效的提聞電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的功率密度,從而提聞有效的提聞能源利用率;⑵由于IPM模塊具有完善地的保護措施,采用IPM模塊作為永磁同步電機的驅(qū)動器,可以提高永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的可靠性; ⑶采用4路獨立的15V直流電源給IPM模塊的控制端供電,從而有效避免電源之間影響的干擾,提聞系統(tǒng)的穩(wěn)定性,隔尚驅(qū)動1旲塊電路原理圖如圖2所不,對IPM內(nèi)部IGBT的驅(qū)動控制信號采用高速光耦全隔離方式,對IPM故障信號采用普通光耦隔離,可以提高IPM驅(qū)動模塊的可靠性。
[0030]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已,并不用于限制本發(fā)明,盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改,或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),其特征在于,包括微處理器模塊,分別與所述微處理器連接的隔離驅(qū)動模塊和傳感器模塊,與所述隔離驅(qū)動模塊連接的IPM模塊,與所述傳感器模塊連接、且與永磁同步電機配合設(shè)置的編碼器,以及與所述IPM模塊連接的電池組;所述電池組、IPM模塊和永磁同步電機依次連接,所述傳感器模塊還與IPM模塊和隔離驅(qū)動模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),其特征在于,還包括DC/DC模塊;所述DC/DC模塊,分別與電池組、隔離驅(qū)動模塊和傳感器模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),其特征在于,還包括與所述微處理器模塊連接的故障報警模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),其特征在于,還包括與所述微處理器模塊連接、且能夠與CAN總線連接的車載網(wǎng)絡(luò)接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),其特征在于,所述隔離驅(qū)動模塊,主要包括依次配合連接的隔離電路、濾波電路和電源模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于IPM模塊的永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng),其特征在于,所述隔離電路主要包括高速光耦器件。
【文檔編號】H02P6/08GK103731075SQ201310701755
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】陳文輝, 羅文廣, 覃永新 申請人:廣西科技大學(xué)
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