电机控制器的工作原理及应用解析

控制板对所有的输入信号进行处理，并将驱动电机控制系统运行状态的信息通过CAN 网络发送给整车控制器。驱动电机控制器内含故障诊断电路，当诊断出异常时，它将会激活一个错误代码，发送给整车控制器，同时也会存储该故障码和数据。

以下传感器为电机控制器提供驱动电机系统的工作信息，包括：

电流传感器：用以监测电机工作的实际电流（包括母线电流、三相交流电流），如图3-3-12所示。

图3-3-12　直流正极母线上的电流传感器

电压传感器：用以监测供给电机控制器工作的实际电压（包括动力电池电压、12 V 蓄电池电压）。

温度传感器：用以监测电机控制系统的工作温度（包括IGBT 模块温度、电机控制器板载温度）。

在驱动电机系统中，驱动电机的输出动作主要是靠电机控制器给定命令执行，即控制器输出命令。电机控制器主要是将输入的直流电逆变成幅值、频率可调的三相交流电，驱动配套的三相永磁同步电机工作。

电机控制器的主要功能：

（1）与整车控制器通信；

（2）监测直流母线电流；

（3）控制IGBT 模块；

（4）监控高压线束连接情况；

（5）反馈IGBT 模块温度；

（6）旋变传感器励磁供电；

（7）旋变信号分析；

（8）信息反馈。

以上主要功能是由控制板和接口电路来完成的，如图3-3-13 所示。

图3-3-13　控制板及接口电路位置

1.IGBT 主要功能

电力电子电路的基本形式如下：

交流/直流变换（AC/DC 变换）：整流。

直流/交流变换（DC/AC 变换）：逆变。

直流/直流变换（DC/DC 变换）：斩波。

交流/交流变换（AC/AC 变换）：变频。

IGBT 是一种功率开关电力电子元器件，功率开关器件主要有三种，分别是不可控器件——二极管、半控型器件——晶闸管、全控型器件——如IGBT。IGBT 模块如图3-3-14 所示。

EV160 驱动电机控制器采用三相两电平电压源型逆变器。驱动电机系统的控制中心又称智能功率模块，是以IGBT（绝缘栅双极型晶体管）模块为核心的，辅以驱动集成电路、主控集成电路来完成逆变工作。将直流电转换成可控的交流电的过程就称为逆变。

IGBT 驱动板的功能：

（1）信号反馈给电机控制器控制主板；

（2）检测直流母线电压；

（3）直流转换交流及变频；

（4）监测相电流的大小；

（5）监测IGBT 模块温度；

（6）三相整流。

IGBT 模块共有6 个IGBT，分别为V1、V2、V3、V4、V5、V6。其工作过程就像一个3 极管，但它可以开关很大的电压和电流。图3-3-15 中，此时V1 导通，来自U+的电压通过V1 来到U 端，V6 同时导通，使得电流从W 端经过V6 回到U-端，通过不断地轮流切换6 个IGBT 可以在UVW3 个端子间产生可控的交流电。IGBT 模块的工作原理如图3-3-15 所示。

图3-3-14　IGBT 模块

图3-3-15　IGBT 模块的工作原理

当U、V、W 三相在初始位置时，U 相电压位于零点，没有电压，W 相电压位于较正电位的高位，V 相电压位于负电位的低位，W 相与V 相电压之间有较大电位差，此时，第三组IGBT 模块的第一个IGBT 导通，来自高压直流的正极的电流从W 相线圈流入，第二组IGBT模块的第二个IGBT 导通，电流从V 相线圈流出回到高压直流的负极，V 相和W 相线圈产生相应的磁场，如图3-3-16 所示。(www.xing528.com)

图3-3-16　IGBT 工作原理

当V 相位于零电位时，U 相电压位于零点，没有电压，W 相电压位于较正电位的高位，V相电压位于负电位的低位，W 相与V 相电压之间有较大电位差，此时，第三组IGBT 模块的第一个IGBT 导通，来自高压直流的正极的电流从W 相线圈流入，第二组IGBT 模块的第二个IGBT 导通，电流从V 相线圈流出回到高压直流的负极，V 相和W 相线圈产生相应的磁场，如图3-3-17 和图3-3-18 所示。

图3-3-17　IGBT 工作原理（一）

图3-3-18　IGBT 工作原理（二）

2.超级电容和放电电阻的功能

超级电容：接通高压电路时给电容充电，在电机起动时保持电压的稳定。放电电阻：断开高压电路时，通过电阻给电容放电，如图3-3-19 所示。放电电路故障时，会报放电超时导致高压断电。

图3-3-19　超级电容与放电电阻

在电机控制工作时，放电电阻会一直消耗电能。放电电路如图3-3-20 所示。

3.电机控制器工作条件

（1）高压电源输入正常（绝缘性能大于20 MΩ）。

（2）低压12 V 电源供电正常（电压范围9～16 V）。

（3）与整车控制器通信正常。

（4）电容放电正常。

（5）旋变传感器信号正常。

（6）三相交流输出电路正常。

（7）电机及电机控制器温度正常。

（8）开盖保持开关信号正常。

图3-3-20　放电电阻放电电路

4.电机控制器驱动模式

整车控制器根据车辆运行的不同情况，包括车速、挡位、电池SOC（电量）值，来决定电机输出扭矩/功率。当电机控制器从整车控制器处得到扭矩输出命令时，将动力电池提供的直流电转化成三相正弦交流电，驱动电机输出扭矩，通过机械传输来驱动车辆。如图3-3-21所示。

图3-3-21　电机控制器驱动模式

5.电机控制器发电模式

当车辆在滑行或制动时，电机控制器从整车控制器得到发电命令后，电机控制器将电机处于发电状态。此时电机会将车子动能转化成电能。然后，三相正弦交流电通过电机控制器转化为直流电，存储到动力电池中。如图3-3-22 所示。

图3-3-22　电机控制器发电模式

6.电机控制器低压插件

低压插件是电机控制器对外通信的通道，为35pin 插件，如图3-3-23 所示。

图3-3-23　电机控制器低压插件

图3-3-24　电机控制器高压连接插头

1—高压连接器；2—交流高压接口；3—直流高压接口

7.高压动力线束插件

动力电池的直流电通过高压盒提供给驱动电机控制器，在电机控制器上布置2 个安菲诺高压连接插座。电机控制器提供三相交流电到驱动电机，主要依靠规格35 mm2 的三根电缆及高压连接器，除大洋的驱动电机在C30DB 上采用安菲诺独立插头外，其余的都是LS 整体式插头，上述高压连接器均具备防错差功能。如图3-3-24 所示。

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