车用超高速永磁电机驱动控制技术综述

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.07.011

摘要/Abstract

摘要：

超高速永磁电机具有体积小、效率和功率密度高等优点，广泛应用于燃料电池空压机和电动涡轮增压器等车用领域。小电感和高基频等特性，使其驱动控制比常速永磁电机难度更大。本文从电路拓扑、电压调制策略匹配和无位置传感器控制3个方面详细论述车用超高速永磁电机驱动控制技术的研究现状，总结各类技术的研究热点，通过优缺点对比，给出了评价。最后展望了未来发展趋势。

关键词: 超高速永磁电机, 电路拓扑, 电压调制策略, 无位置传感器控制

Abstract:

Ultra-high-speed permanent magnet motor （UhsPM） has the advantages of small size， high efficiency and high power density， and is widely used in automotive application fields such as fuel cell air compressors and electrically assisted turbochargers. The features of small inductance and high fundamental frequency make its drive control more difficult than that of normal-speed permanent magnet motor. In this paper， the research status quo of automotive UhsPM drive control technology in terms of circuit topology， voltage modulation strategy matching and position-sensor-less control is elaborated， the research highlights of various technologies are summarized， and the evaluations by advantage and disadvantage comparison are given. Finally， the future development trends are forecasted.

Key words: ultra-high-speed permanent magnet motor, circuit topology, voltage modulation strategy, position-sensor-less control

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参考文献 60

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策略	PAM	PWM	混合调制
电机损耗	高	低	较高
逆变器损耗	低	高	较低
位置检测	6个离散位置	电周期内连续位置	电周期内连续位置+ 6个离散位置
开关频率	基频	大于10倍基频	大于10倍基频+基频

无传感器控制方法		超高速电机类型	转速范围	优点	缺点
反电动势直接法	反电动势过零点检测^{［15， 32， 42-46］}	BLDC	中高速	控制算法简单	需要电机中性点
反电动势直接法	反电动势观测法^{［14， 34， 37， 47-49］}	PMSM	中高速	动态响应性能好	对电机参数误差敏感
反电动势间接法	三次谐波反电动势法^［50-52］	BLDC	低速-高速	良好的启动性能	需要电机中性点
反电动势间接法	虚拟三次谐波反电动势法^{［36，38-39，53］}	BLDC/ PMSM	低速-高速	比三次谐波反电动势法更容易检测	直流母线中点电压点难获取
基于定子磁链	定子磁链估计法^{［7，54-56］}	BLDC/ PMSM	低速-高速	可在低速时使用	受逆变器非线性和磁场空间谐波影响较大
基于凸极效应	高频注入法^［57-58］	PMSM	零速-低速	低速时位置估计精确	不适用于电机高速运行工况