電動(dòng)汽車變頻空調(diào)設(shè)計(jì)

陳書生 韓軍良 仝飛飛

摘? ?要：針對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)汽車空調(diào)的不足，本文設(shè)計(jì)了一款新穎的電動(dòng)汽車變頻空調(diào)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)采用兩電平逆變器驅(qū)動(dòng)，空調(diào)壓縮機(jī)采用三電平逆變器驅(qū)動(dòng)，主控單元采用DSP+FPGA的電路架構(gòu)，系統(tǒng)控制采用基于Luenberger觀測(cè)器的無傳感器磁場(chǎng)定向控制策略，提升了電動(dòng)汽車空調(diào)的性能，提高了用戶舒適性。

關(guān)鍵詞： 電動(dòng)汽車;變頻空調(diào);三電平逆變器;磁場(chǎng)定向控制

1 引言

目前的電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成比較簡(jiǎn)單，存在效率較低、噪聲水平較高、電磁干擾大的不足，本文針對(duì)這一狀況，采用永磁同步電機(jī)作為空調(diào)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，采用三電平逆變器驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，應(yīng)用無傳感器磁場(chǎng)定向控制策略，設(shè)計(jì)了一款綠色高效的電動(dòng)汽車變頻空調(diào)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車變頻空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)包括空調(diào)人機(jī)接口單元、空調(diào)控制單元、車內(nèi)

溫度檢測(cè)單元、二電平逆變器、風(fēng)機(jī)、三電平逆變器、壓縮機(jī)以及冷媒循環(huán)單元。空調(diào)人機(jī)接口單元提供了用戶友好的接口界面，車內(nèi)溫度檢測(cè)單元實(shí)時(shí)檢測(cè)車內(nèi)溫度，反饋給空調(diào)控制單元，空調(diào)控制單元經(jīng)過溫度閉環(huán)控制后通過二電平逆變器驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，通過三電平逆變器驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)車內(nèi)空氣溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

3 三電平逆變器設(shè)計(jì)

空調(diào)壓縮機(jī)是電動(dòng)汽車變頻空調(diào)的關(guān)鍵部件，空調(diào)壓縮機(jī)采用三電平逆變器驅(qū)動(dòng)。本文設(shè)計(jì)的三電平逆變器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

三電平逆變器采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)（SVPWM），本文采用一種將三電平逆變器電壓空間矢量轉(zhuǎn)換為兩電平逆變器電壓空間矢量控制的快速算法，根據(jù)負(fù)載電流方向和直流側(cè)兩個(gè)平衡電容電壓的大小，調(diào)整正、負(fù)小矢量的作用時(shí)間來控制中點(diǎn)電位平衡。本算法運(yùn)算速度快、精度高，易于用DSP編程實(shí)現(xiàn)。

4 壓縮機(jī)控制策略設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車主控單元采用DSP+FPGA的電路架構(gòu)，DSP作為系統(tǒng)控制核心，F(xiàn)PGA作為PWM通道拓展以及邏輯控制單元。主控芯片DSP采用TI公司的TMS320F28335，F(xiàn)PGA采用ALTERA公司Cyclone Ⅳ系列的EP4C6E22C8N。

在永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置狀態(tài)估計(jì)的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，采用基于Luenberger觀測(cè)器的無傳感器矢量控制策略[1-2]。Luenberger觀測(cè)器能有效避免滑模觀測(cè)器的抖振問題，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，估算精度高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單[3]。

本文設(shè)計(jì)的基于Luenberger觀測(cè)器的無傳感器控制結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示?？照{(diào)壓縮機(jī)的三相電流經(jīng)過CLARK變換后，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電流 和 ，再經(jīng)過PARK變換得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流 和 ，通過q軸和d軸的電流閉環(huán)控制后，輸出量經(jīng)過PARK逆變換得到電壓信號(hào) 和 ，然后通過三電平SVPWM運(yùn)算后，得到三電平逆變器的橋臂開關(guān)器件的控制信號(hào)。 、 、 、 送入Luenberger觀測(cè)器，得到實(shí)時(shí)估算的位置信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)。

5 結(jié)論

本文提出的電動(dòng)汽車變頻空調(diào)設(shè)計(jì)方案，空調(diào)壓縮機(jī)采用三電平逆變器驅(qū)動(dòng)，采用基于Luenberger觀測(cè)器的無傳感器矢量控制策略。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、電磁干擾小、噪聲低、整機(jī)效率高的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提升電動(dòng)汽車變頻空調(diào)的性能、提高用戶舒適性有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 周雙飛，黃海波，簡(jiǎn)煒. Luenberger觀測(cè)器在永磁同步電機(jī)無傳感器控制中的應(yīng)用研究[J]. 電機(jī)與控制應(yīng)用，2017，44（10）： 59-62.

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作者簡(jiǎn)介：

陳書生（1981--），男，河南項(xiàng)城人，碩士，研究方向：光伏逆變系統(tǒng)及電源系統(tǒng)。

項(xiàng)目來源： 1、河南省重點(diǎn)研發(fā)與推廣專項(xiàng)（科技攻關(guān)）“新能源汽車變頻空調(diào)關(guān)鍵技術(shù)研究”（182102210458）;? 2、南陽理工學(xué)院《傳感器原理與設(shè)計(jì)》、《生物化學(xué)》“課程思政”教育教學(xué)改革試點(diǎn)項(xiàng)目。