电动汽车变频空调设计.pdf

电动汽车变频空调设计 电动汽车变频空调系统是当前汽车技术的热点领域之一，本文设计了一款新颖的电动汽车变频空调系统，旨在提高电动汽车空调的性能和用户舒适性。该系统采用两电平逆变器驱动风机、三电 평逆变器驱动空调压缩机，主控单元采用 DSP+FPGA 的电路架构，系统控制采用基于 Luenberger 观测器的无传感器磁场定向控制策略。 系统整体设计中，包括空调人机接口单元、空调控制单元、车内温度检测单元、二电平逆变器、风机、三电平逆变器、压缩机以及冷媒循环单元。空调人机接口单元提供了用户友好的接口界面，车内温度检测单元实时检测车内温度，反馈给空调控制单元，空调控制单元经过温度闭环控制后通过二电平逆变器驱动风机运行，通过三电平逆变器驱动压缩机运行，实时调节风机和压缩机的转速，实现对车内空气温度的自动调节功能。 三电平逆变器设计中，采用空间矢量脉宽调制技术（SVPWM），本文采用一种将三电平逆变器电压空间矢量转换为两电平逆变器电压空间矢量控制的快速算法，根据负载电流方向和直流侧两个平衡电容电压的大小，调整正、负小矢量的作用时间来控制中点电位平衡。本算法运算速度快、精度高，易于用 DSP 编程实现。 压缩机控制策略设计中，电动汽车主控单元采用 DSP+FPGA 的电路架构，DSP 作为系统控制核心，FPGA 作为 PWM 通道拓展以及逻辑控制单元。主控芯片 DSP 采用 TI 公司的 TMS320F28335，FPGA 采用 ALTERA 公司 CycloneⅣ系列的 EP4C6E22C8N。在永磁同步电机转子位置状态估计的数学模型基础上，采用基于 Luenberger 观测器的无传感器矢量控制策略。Luenberger 观测器能有效避免滑模观测器的抖振问题，而且动态响应快，估算精度高，实现简单。 基于 Luenberger 观测器的无传感器控制结构框图中，空调压缩机的三相电流经过 CLARK 变换后，得到两相静止坐标系下的电流iα 和iβ，再经过 PARK 变换得到两相旋转坐标系下的电流 di 和 qi，通过 q 轴和 d 轴的电流闭环控制后，输出量经过 PARK 逆变换得到电压信号 uα 和 uβ，然后通过三电平 SVPWM 运算后，得到三电平逆变器的桥臂开关器件的控制信号。uα、uβ、iα、iβ 送入 Luenberger 观测器，得到实时估算的位置信号和转速信号。 本文提出的电动汽车变频空调设计方案，空调压缩机采用三电平逆变器驱动，采用基于 Luenberger 观测器的无传感器矢量控制策略。系统具有结构紧凑、转矩脉动小、电磁干扰小、噪声低、整机效率高的优点，对于提升电动汽车变频空调的性能、提高用户舒适性有重要意义。