电机控制器工作原理详解

电机控制器控制着电池到电机之间能量的传输,其硬件系统主要由辅助电源电路、控制电路、驱动电路、保护电路、IGBT模块等组成。软件控制是电机控制器的核心,主要采用矢量控制算法控制PWM斩波信号输出,依据电机外特性曲线实现转矩限制输出,依据电流及转子位置信号的采样并经滤波处理实现电机正反转和扭矩控制。如图4-3-14所示为纯电动汽车电机控制器的控制策略图。

电机控制器的功能见表4-3-1。

表4-3-1

续表

图4-3-14

控制板对所有的输入信号进行处理,并将电机控制系统运行状态的信息通过CAN网络发送给整车控制器,电机控制器内含故障诊断电路,当诊断出异常时,它将激活一个故障码,发送给整车控制器,同时储存该故障码和数据。以下传感器为电机控制器提供电机系统的工作信息:

①电流传感器:用于监测电机工作时的实际电流,包括母线电流、三相交流电流,如图4-3-15所示。

②电压传感器:用于监测供给电机控制器工作的实际电压,包括动力电池电压、12 V蓄电池电压。

③温度传感器:用于检测电机控制系统的工作温度,包括IGBT模块温度、电机控制器板载温度。

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类,按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

图4-3-15

IGBT的主要功能在电子电力电路中的基本形式如下:

①交流-直流变换(AC-DC交换):整流。

②直流-交流变换(DC-AC变换):逆变。

③直流-直流变换(DC-DC变换):斩波。

④交流-交流变换(AC-AC变换):变频。(https://www.xing528.com)

IGBT是一种功率开关电力电子元器件,功率开关器件主要有3种,分别是不可控器件(如二极管)、半控型器件(如晶闸管)、全控型器件(如IGBT)。IGBT是由集电极C、极栅G、发射极E三个极组成,在G、E间施加一个电压,则在C、E间有大电流流过,IGBT是电压放大电流的器件。ICBT模块如图4-3-16所示。

图4-3-16

IGBT驱动板的功能:信号反馈给电机控制器控制主板、检测直流母线电压、直流转换交流以及变频、监测相电流的大小、监测IGBT模块温度、三相整流,如图4-3-17所示。

IGBT模块共有6个IGBT,分别为D1,D2,D3,D4,D5,D6。每个IGBT工作过程就像一个晶体管,但它可以开关很大的电压和电流,如图4-3-18所示。

当D1导通时,来自DC+的电压通过D1,D6同时导通,通过不断地轮流切换6个IGBT可以实现在电机三相端子间产生可控的交流电。

图4-3-17

图4-3-18

当U、V、W三相在初始位置时,U相电压位于零点,没有电压,W相电压位于较正电位的高位,V相电压位于负电位的低位,W相与V相电压之间有较大电位差。此时,第三组ICBT模块的第一个IGBT导通,来自高压直流的正极的电流从W相线圈流入,第二组ICBT模块的第二个IGBT导通,电流从V相线圈流出回到高压直流的负极,V相和W相线圈产生相应的磁场,如图4-3-19所示。

图4-3-19

当V相位于零电位时,U相电压为正,U相电压位于较正电位的高位,W相电压位于负电位的低位,W相与U相电压之间有较大电位差。此时,第一组IGBT模块的第一个IGBT导通,来自高压直流的正极的电流从U相线圈流入,第三组IGBT模块的第二个IGBT导通,电流从W相线圈流出回到高压直流的负极,U相和W相线圈产生相应的磁场,如图4-3-20所示。

图4-3-20

当W相位于零电位时,V相电压为正,V相电压位于较正电位的高位,U相电压位于负电位的低位,U相与V相电压之间有较大电位差。此时,第二组IGBT模块的第一个IGBT导通,来自高压直流的正极的电流从V相线圈流入,第一组IGBT模块的第二个IGBT导通,电流从U相线圈流出回到高压直流的负极,U相和V相线圈产生相应的磁场,如图4-3-21所示。

图4-3-21