电驱动系统之电机控制器

电机控制器功能

01

驱动时，将高压直流电，通过IGBT功率模块，转换成三相交流电，驱动电机输出动力给减速器；发电时，将电机线圈端产生的三相交流电通过IGBT模块，转变成高压直流电，给电池充电。

驱动电机器（控制模块），根据从安装到变频器和驱动电机的每个传感器发送的信息和状态，并通过CAN通讯将状态信息发送给每个模块。驱动电机控制模块，根据逆变器和通过VCU接收到的驱动电机的状态，将控制信号传输到逆变器中的功率晶体管。各传感器信息输入到驱动电机控制模块如图11和表1所示。

电机控制器结构

02

电机控制器位于驱动驱动电机的顶部。动力蓄电池直流母线通过固定螺栓与电机控制器连接。电机控制器将动力蓄电池提供的直流电转换成交流电以驱动驱动电机。将在减速期间由驱动电机产生的交流电转换成直流电，以对动力蓄电池充电。

电机控制器通过控制直流频率将直流电转换为交流电。电机控制器集成了一个三相桥式电路，该电路使用功率晶体管在直流电和交流电之间进行转换。电机控制器与驱动电机三相动力线以固定螺母连接，三相动力线短，而且布置在机壳内，具有良好的屏蔽性（图12）。

如图13所示，电机控制器集成了电容器和放电电阻。当连接动力蓄电池接触器时，电容器可防止浪涌电流暂时流动，并消除功率晶体管的开关噪声。当主电源关闭（正常关闭）时，高压电路中的剩余电能将通过负载电阻放电，来确保高压电路的安全性。

电机控制器工作原理

03

电机控制器通过矢量控制的方式控制电机输出扭矩。通过控制IGBT开关管的顺序实现电机正转、反转和制动能量回收功能。驱动控制系统工作原理如图14所示。

（1）驱动时（图15）

高压直流电，通过IGBT功率模块，转换成三相交流电，驱动电机输出动力给减速器；减速器将电机输出转速扭矩降速增扭后传递到驱动轴以驱动整车运动。

（2）发电时（图16）

将车轮传递到减速器的转速扭矩，增速降扭后传递到驱动电机，驱动电机将电机线圈端产生的三相交流电通过IGBT模块，转变成高压直流电，给动力蓄电池充电。

IGBT功率晶体管

04

电机控制器具有内置的驱动电机控制模块，驱动电机控制模块控制和监视电驱动系统。IGBT功率模块由一个三相桥式电路组成，在IGBT中使用6个功率晶体管和6个二极管(图17)。

功率晶体管是一种用于控制大功率电子电路的半导体元件由于连接并阻挡了大量电流，会产生大量热量。因此使用冷却剂进行冷却，以减小因过热引起的部件损坏和功率损失。功率晶体管根据来自栅极驱动器的驱动信号进行操作，并从动力蓄电池向定子线圈供电或阻止其供电。当驱动驱动电机控制模块向栅极驱动器输出驱动信号时，驱动电压从栅极驱动器输入到功率晶体管以将其导通。驱动电路通过IGBT功率晶体管的导通，动力蓄电池电流被提供给驱动电机的定子线圈(图18)。

(1)驱动时(图19)

①当驱动电机控制模块向栅极驱动器输出驱动信号时，驱动电压从栅极驱动器输入到功率晶体管以将其导通。当功率晶体管导通时，来自动力蓄电池的电流从上游流向下游。

②通过间歇性地打开/关闭功率晶体管以控制电流频率，在定子线圈中会产生交流电。

③通过更改6个功率晶体管的组合，将交流电传送到驱动电机各相的定子线圈。

④通过执行功率晶体管的占空比控制，在定子线圈中产生接近正弦波交流电的交流电。

(2)发电时(图20)①交流电是由驱动电机的旋转产生的。②通过将交流电向逆变器中的二极管传送，进行三相全波整流，并将交流电转换为直流电。③电动机转换后的直流电输入到动力蓄电池以对动力蓄电池充电。

(3)电流控制（图21)

根据驾驶条件和驾驶员操作计算出的要求扭矩，确定输出电流指令值，并控制功率晶体管占空比，以达到指令值。

①如果增加功率晶体管导通的时间，则输出电流会增加，这使得旋转磁场更强，从而增加了驱动电机转矩。

②如果减小功率晶体管导通的时间，则输出电流会减小，这会使旋转磁场变弱，从而减小驱动电机转矩。

(4)转速控制通过更改功率晶体管的通/断开关频率来控制驱动电机的转速，从而改变占空比的频率。

降低频率时，驱动电机转速降低，而增加频率时，驱动电机转速提高。

①转速：增加(图22)。当功率晶体管的通/断开关频率增加时，交流频率增加，这增加了驱动电机的转速。

②转速：降低(图23)。当功率晶体管的通/断开关频率降低时，交流频率降低，这就降低了驱动电机的转速。

来源：网络