电机控制的几个思索

Posted on January 26, 2025

关于能量转化上的思考

电动机,供电即转。转即发电。

无负载的情况下,电机无功率输出,(理论上)无功率消耗。

通电即转,和无功率消耗的矛盾是如何化解的呢?那就是“反电动势”。 在无负载的情况下,电机的转速会达到反电动势等于输入电压。

此时输入电压完全和反电动势抵消。于是绕组实际上无电流通过。因此不产生扭矩。故 电压*0电流 = 0 功率。

只要有负载,转速就会低于空载转速,于是反电动势低于输入电压。绕组产生电流,建立磁场,电机产生扭矩输出。

因此电机消耗的电流,大致相当于 (输入电压 - 反电动势)/绕组阻抗。

注:绕组阻抗是由电阻和电抗叠加而来的。因此超导做的绕组依然不会有无穷大电流。

关于空挡滑行再启动

在控制策略上,空挡滑行有2种控制策略

  • 切断供电回路

    控制器停止工作并切断回路(6个MOS管全部关闭)。切断电路后,电机空挡旋转产生的反电动势没有回路。因此不产生电流。电机进入空挡滑行状态。

  • 控制器输出电压跟随反电动势,确保绕组无电流

    此模式下,控制器继续积极工作。但是始终保证控制器输出的电压等于电机反电动势。确保相电流为0。

第二种模式下,电机空挡滑行的时候,控制器仍然在积极工作,因此存在不大不小的损耗。

从节能减排的角度而言,应该优先选择第一种策略。

那么第二种策略是为何产生的呢?

答案就是在空挡滑行状态再加速(松油门滑行后,再踩油门加速)的情况下。二者会产生不同的响应特点。

切断回路模式的再加速工作特点

由于控制器停止工作,因此控制器输出电压为 0。 因此,再加速的时候,控制器输出电压就需要“重新建立”。控制器的输出电压会经历一次从 0 到超过反电动势电压的一个“攀升”的过程。值得一提的是,在控制器输出0电压的时候,因为6管全关,因此起到了切断电路的效果,因此只有控制器 开始工作,电压输出开始不为0的时候,电路才接通。

这个过程虽然很短暂(一般而言是几十个毫秒),但是在攀升的过程中,存在短暂的控制器输出电压低于电机反电动势的时间。这个时间电机就会输出负扭矩。如果这个负扭矩较大,就会在体感上形成一个类似燃油车挂档不合适导致的“顿挫” —— 松离合器的时候,发动机被车速强行带上更高转速,从而导致一段时间内发动机输出负扭矩。

故为了消除这个顿挫,才有了控制器持续工作的空挡滑行模式。

相电流闭环控制为0的再加速特点

由于使用了闭环控制。因此空挡后再加速的时候,只要将闭环控制的电流目标调节为 > 0 即可立即输出扭矩。 不会经历一个短暂的 “顿挫” 过程。

强制动能回收

但是,在空挡滑行的时候,还让控制器持续工作,意味着不能实现6个 mos管全关的节能模式。

舒适了,但是并不节能。

如果强制动能回收。则可以强迫驾驶员用自己的脚避免进入 “松油门滑行” 状态。等于完全取消了这个工况。

因此即避免了关控制器模式的顿挫,也避免了闭环0电流滑行的损耗。

与此同时,还不需要设计 机械刹车和动能回收的协调工作。

三赢。

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