矢量變頻器系統(tǒng)在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中的應(yīng)用

1、.：.；矢量變頻器系統(tǒng)在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中的運(yùn)用1 引言 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是指以蓄電池組作為動(dòng)力源，用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛。電動(dòng)機(jī)不排放有害氣體并且和發(fā)動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)可以大大減少有害氣體的排放量。目前城市大氣污染總量的半數(shù)以上燃油汽車尾氣,從大氣環(huán)保出發(fā)，自20世紀(jì)60年代起，日、美、歐等興隆國家爭相開展混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研討開發(fā)任務(wù)。我國也已與20世紀(jì)80年代開場，以電力電子為根底的電氣傳動(dòng)技術(shù)的提高，為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的開展提供了先進(jìn)的物質(zhì)根底；機(jī)電一體化技術(shù)的興起與開展，為燃油汽車這一典型的機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化方向演化提供了非常豐富的技術(shù)閱歷?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車的機(jī)電一體化配置方式，控

2、制方法，還處在百花齊放的階段，既不成熟，也未定型。為了保證混合動(dòng)力電動(dòng)汽車調(diào)和有序開展，國家已發(fā)明了一個(gè)良好的政策環(huán)境、市場環(huán)境和消費(fèi)環(huán)境,由于開展混合動(dòng)力電動(dòng)汽車對節(jié)約能源、緩解環(huán)境污染具有重要意義,并且汽車工業(yè)是耗油大戶，目前我國汽車工業(yè)的耗油量占石油耗費(fèi)的1/4。2004年，我國產(chǎn)油1.7億噸，進(jìn)口突破1億噸，石油耗費(fèi)量占世界石油耗費(fèi)量近20，但GDP只占世界GDP的4，在這種情況下，開展取代燃油型交通工具的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車對我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可繼續(xù)開展至關(guān)重要。另外，汽車業(yè)的開展給環(huán)境維護(hù)帶來比較大的壓力，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車廢氣排量少之又少，噪音污染很小，開展混合動(dòng)力電動(dòng)汽車可大大減輕環(huán)境

3、污染方面的壓力。普傳PI7000矢量控制變頻器已勝利運(yùn)用到混合動(dòng)力環(huán)保、節(jié)能型電動(dòng)汽車系統(tǒng)中，已經(jīng)過長期的各種實(shí)驗(yàn)與檢驗(yàn)，現(xiàn)已在澳門的公路上穩(wěn)定行駛,到達(dá)了環(huán)保、節(jié)能的效果。2 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)汽車是一種在陸地露天運(yùn)轉(zhuǎn)、構(gòu)造緊湊、具有車載能源的走行機(jī)械，工礦復(fù)雜。既要能順應(yīng)高速飛馳、又要能頻繁起制動(dòng)、上下坡快速超車緊急剎車；既要能順應(yīng)雪天、雨天、盛夏嚴(yán)冬、雪后灑鹽等惡劣天氣條件，又要能接受道路的顛簸振動(dòng)，還要保證司乘人員的溫馨與平安?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車的中心，是要用變頻器控制電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)取代其機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)，用電池替代汽油作為車載能源，在實(shí)現(xiàn)零排放或少排放的前提下，滿足燃油汽車各項(xiàng)性能、

4、價(jià)錢目的的要求。據(jù)此可將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)歸納為以下幾點(diǎn)：1 基速以下大轉(zhuǎn)矩以順應(yīng)快速起動(dòng)、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁起停等要求，基速以上小轉(zhuǎn)矩、恒功率、調(diào)速范圍寬以順應(yīng)最高車速和公路飛馳超車等要求，上述要求可經(jīng)過PI7000矢量變頻器功能參數(shù)的簡單設(shè)置即可實(shí)現(xiàn).2 整個(gè)轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的效率最優(yōu)化，以謀求電池一次充電后的續(xù)馳間隔 盡能夠長。一輛燃油汽車帶50kg汽油約可行駛700km，如改裝為帶400kg鉛酸電池的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，那么只能行駛100km。最近報(bào)導(dǎo)，采用最新研制的燃料電池可到達(dá)450km。開發(fā)比能量更高的新型電池是最根本的處理方法，但降低電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的損耗也是重要的一環(huán)，

5、運(yùn)用PI7000矢量變頻器控制電動(dòng)機(jī)，可到達(dá)高效節(jié)油、節(jié)能。3電動(dòng)機(jī)及電控安裝構(gòu)造鞏固、體積小、分量輕、免維修或少維修、抗顛簸振動(dòng).PI7000矢量變頻器將PLC及信號安裝等集成到一體。4支配性能符合司機(jī)駕駛習(xí)慣,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、乘坐溫馨，電氣系統(tǒng)換效保證措施完善。比如，當(dāng)電壓命令信號線、電流反響或速度傳感器線斷或短路時(shí)，能夠引起振幅達(dá)正負(fù)最大輸出轉(zhuǎn)矩的振蕩。必需具備能及時(shí)發(fā)現(xiàn)此類事故的措施，并在一旦發(fā)現(xiàn)事故時(shí)，立刻切斷電動(dòng)機(jī)的電源. PI7000矢量變頻器和PLC配合運(yùn)用，具有快速的過流、過載、過壓、PG線斷等多種維護(hù)功能，一旦維護(hù)立刻停頓輸出電壓，司機(jī)按復(fù)位按鈕即可復(fù)位恢復(fù)正常任務(wù)形狀，司機(jī)可經(jīng)

6、過觸摸屏非常直觀地監(jiān)視電池電量、運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、任務(wù)電流等,司機(jī)也可經(jīng)過觸摸屏查詢?nèi)秉c(diǎn)時(shí)的電流、頻率、電壓及缺點(diǎn)時(shí)的形狀等，操作及排除缺點(diǎn)方便快捷。3 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的系統(tǒng)構(gòu)造圖及其任務(wù)原理見圖1所示。圖1 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的系統(tǒng)構(gòu)造圖任務(wù)原理:混合動(dòng)力系統(tǒng)主要有能源供應(yīng)系統(tǒng)、電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)三大部分組成.1 能源供應(yīng)系統(tǒng):由動(dòng)力電池組、發(fā)動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)機(jī)組組成.2 電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):由變頻器和電動(dòng)機(jī)組成.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng):將內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械輸出經(jīng)過離合器和減速器送給輪軸.假設(shè)電池組電量缺乏,那么啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過直流發(fā)電機(jī)給蓄電池組充電,以保證有足夠的能源供應(yīng).變頻器控制電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器

7、及差動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)前(或后)輪軸,內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過自動(dòng)離合器與電動(dòng)機(jī)同軸安裝(如上圖所示).在車輛起動(dòng)時(shí)或在市區(qū)內(nèi)行駛時(shí),只由蓄電池組經(jīng)過變頻器向電動(dòng)機(jī)供電,即純電動(dòng)驅(qū)動(dòng);在公路上行駛時(shí),離合器接通,由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)擔(dān)任驅(qū)動(dòng)輪軸,此時(shí)電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),經(jīng)過變頻器給電池補(bǔ)充充電;高速重負(fù)載行駛時(shí),電動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)輪軸,即混合驅(qū)動(dòng),以提高驅(qū)動(dòng)功率,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保.4 電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 4.1電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的組成見圖2所示。圖2 三相異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的組成表示圖1蓄電池：給變頻器提供DC336V直流電。2變頻器及PLC：信號控制并且給三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速及維護(hù)電動(dòng)機(jī)過流、過載、過壓等。3三相異步

8、電動(dòng)機(jī)及速度傳感器：實(shí)現(xiàn)矢量控制,經(jīng)過減速器及差動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)前或后輪軸。4減速器及輪軸、車輪：實(shí)現(xiàn)汽車前進(jìn)、后退、停頓等功能。4.2 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車系統(tǒng)中PI7000矢量變頻器主回路構(gòu)造圖及其主元器件選擇 圖3 PI7000矢量變頻器主回路構(gòu)造圖1任務(wù)原理:蓄電池給電解電容充電,使直流母線電壓堅(jiān)持恒定336V左右,充電電阻R為限流電阻,限制剛上電瞬間的大的充電電流的沖擊;電源板任務(wù)后,經(jīng)過延時(shí)電路使接觸器吸合,限流電阻被短接.IGBT并聯(lián)運(yùn)用構(gòu)成上下橋臂,即為逆變器部分,將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺兊娜嘟涣麟娮鳛槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)的輸入任務(wù)電源.當(dāng)有大的短路電流時(shí),保險(xiǎn)FU斷開起維護(hù)主元器件作用;當(dāng)直流母

9、線有高的尖峰電壓時(shí),吸收電容C將尖峰電壓吸收,防止主元器件因過壓擊穿或頻繁跳維護(hù).2其元器件的選擇:根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的功率為90kW,額定電流為340A,額定電壓為220V,額定頻率為37.5Hz,最高頻率140Hz,固選逆變器件IGBT為1200A/600V;儲(chǔ)能電解電容為6個(gè)4700UF/450V,并聯(lián)在高壓直流母線兩端;保險(xiǎn)為600A;每個(gè)IGBT的PN端并聯(lián)兩個(gè)3UF/600V的吸收電容.4.3 PI7000矢量變頻器控制板接線表示圖及其闡明見圖4所示。 控制過程闡明：司機(jī)腳踩油門、換檔、腳剎、倒車等的操作的形狀,其所對應(yīng)的數(shù)字或模擬信號傳送到PLC中,PLC經(jīng)過程序處置,再將所需信

10、號傳送到變頻器的控制板的接線端子,對變頻器進(jìn)展自動(dòng)控制,變頻器按照所設(shè)定的功能參數(shù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能.變頻器采用矢量轉(zhuǎn)矩控制,滿足汽車系統(tǒng)的低頻大轉(zhuǎn)矩輸出、高速動(dòng)態(tài)特性,使三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輪軸快速、平滑的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、停頓(沒有沖擊力),半坡起動(dòng)力矩可以到達(dá)200%,到達(dá)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)要求.5 PI7000矢量變頻器功能參數(shù)設(shè)置及其闡明 序號 功能參數(shù) 設(shè)置值 闡明 備注1 y07 340A 變頻器額定輸出電流 90kW電機(jī)設(shè)置為340A2 y08 220V 變頻器額定輸入電壓 3 L13 380V 變頻器過壓維護(hù)點(diǎn) 直流母線電壓大于380V時(shí)跳OU維護(hù)4 L14 200V 變頻器欠壓維護(hù)

11、點(diǎn) 直流母線電壓低于200V時(shí)跳LU維護(hù)5 b00 3 電機(jī)極對數(shù) 6極電機(jī)6 b01 340A 電機(jī)額定電流 7 b02 220V 電機(jī)額定電壓 8 b03 1000RPM 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 9 b04 37.5Hz 電機(jī)額定頻率 10 F01 2 帶PG矢量控制方式 11 F04 1 主板端子V2給定頻率 12 F05 3 主板端子臺(tái)控制運(yùn)轉(zhuǎn) 13 F09 0.5S 加速時(shí)間 14 F10 0.1S 減速時(shí)間 15 F13 140Hz 最大頻率 16 F14 37.5Hz 根本頻率 17 F17 140Hz 上限頻率 18 F18 10% S曲線加速起始段 19 F19 5% S曲線減速起始段

12、 20 F27 1 自在停車方式 21 F61 12 負(fù)載類型: 轉(zhuǎn)矩控制 22 F63 5 轉(zhuǎn)矩上限切換 23 C04 190% 轉(zhuǎn)矩給定 該值可以影響電機(jī)出力,但是會(huì)引起電流沖擊.24 C05 55% 勵(lì)磁給定 假設(shè)在弱磁調(diào)速段電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定,應(yīng)該適當(dāng)調(diào)高勵(lì)磁給定,但會(huì)影響低速加速性能.25 b10 106 PG脈沖數(shù) 以實(shí)踐為準(zhǔn).26 b12 PG旋轉(zhuǎn)方向 需求手動(dòng)測試確定.其它參數(shù)采用默許值6 PI7000 矢量變頻器在混合動(dòng)力電動(dòng)氣車系統(tǒng)中的調(diào)試步驟6.1 實(shí)驗(yàn)室調(diào)試1空載測試將直流電311V接入變頻器的輸入端,設(shè)置相應(yīng)的功能參數(shù),運(yùn)轉(zhuǎn)至50Hz,用整流式指針萬用表測三相輸出電壓正常

13、;鍵盤監(jiān)視的直流母線電壓值與用萬用表實(shí)測的值一致,否那么經(jīng)過修正功能參數(shù)L01進(jìn)展校正。2帶載測試:待機(jī)形狀,將電機(jī)的輸入線接至變頻器的輸出端,無誤后上電.頻率一點(diǎn)點(diǎn)升至滿頻,用萬用表測試三相輸出電壓能否平衡,用嵌流表測電機(jī)的三相輸出電流能否平衡,察看鍵盤各監(jiān)視:輸出頻率、輸出電流、輸出電流百分比、電機(jī)轉(zhuǎn)速、IGBT溫度等能否有異常;調(diào)整功能參數(shù)L01,將輸出電流百分比調(diào)準(zhǔn),即變頻器輸出的電流與鍵盤監(jiān)視的電流相一致;調(diào)整電源板上的參數(shù)位R35、R37,使變頻器到達(dá)2.6倍的額定電流時(shí)跳過流維護(hù).斷電,將速度傳感器的接線與變頻器的PG卡端子一一對應(yīng)接好。3電機(jī)參數(shù)丈量:上電將功能參數(shù)b13設(shè)為有

14、效,變頻器即開場自動(dòng)丈量電機(jī)的定子電阻,轉(zhuǎn)子電阻,電機(jī)漏感,電機(jī)勵(lì)磁電感等參數(shù)并自動(dòng)存儲(chǔ)到b05-b09中.4 PG的方向確定設(shè)置功能參數(shù):F01設(shè)為2,即帶PG的矢量控制方式;F02設(shè)為5Hz,即給定頻率為5Hz,F09設(shè)為5S,即加速時(shí)間為5S,F10設(shè)為5S,即減速時(shí)間為5S.然后手動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),假設(shè)電機(jī)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)到5Hz,表示b12 PG旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定正確;假設(shè)電機(jī)只能運(yùn)轉(zhuǎn)在1Hz以下,表示PG旋轉(zhuǎn)方向需求經(jīng)過b12進(jìn)展校正.5電機(jī)方向確定給定正轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)命令,假設(shè)電機(jī)正傳,表示電機(jī)方向設(shè)定正確;假設(shè)電機(jī)反轉(zhuǎn),表示電機(jī)方向與命令方向相反,需求更改端子的命令,將FWD和REV的接線端子對調(diào).6上述

15、測試如有異常，立刻查找緣由并排除缺點(diǎn)。6.2 變頻器在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)調(diào)試:1檢查變頻器在汽車系統(tǒng)中的接線無誤后,方可上電調(diào)試。2空車調(diào)試司機(jī)將檔位掛在D檔(即高速檔),腳踩油門,對汽車進(jìn)展前進(jìn)、倒退、平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、拐彎運(yùn)轉(zhuǎn)、停頓操作,用鍵盤將功能參數(shù)F09、F10加減速時(shí)間逐漸減小,使其可以快速起動(dòng)而沒有沖擊力又不跳維護(hù)即可。3汽車加載調(diào)試將汽車中放滿裝滿水的桶,模擬乘客.司機(jī)將檔位掛在D檔,腳踩油門,對汽車進(jìn)展前進(jìn)、倒退、平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、拐彎運(yùn)轉(zhuǎn)、爬坡運(yùn)轉(zhuǎn)操作,監(jiān)視變頻器鍵盤看能否跳過流、過壓維護(hù);假設(shè)跳過流維護(hù),將功能參數(shù)C04給定轉(zhuǎn)矩逐漸提高, C05給定勵(lì)磁逐漸降低,S曲線加速起始

16、段F18逐漸提高;假設(shè)跳過壓維護(hù),將功能參數(shù)L13變頻器過壓維護(hù)點(diǎn)逐漸提高,不要超越400V(電解電容耐壓為450V),S曲線減速起始段F19逐漸提高.司機(jī)將檔位掛在L檔(即低速檔,半坡起動(dòng)時(shí)掛此檔),反復(fù)上述操作及調(diào)試.注:修正變頻器參數(shù)時(shí),需通知司機(jī)掛空檔。4 汽車路試上述調(diào)試沒有異常后,司機(jī)駕駛汽車到各站點(diǎn)模擬實(shí)驗(yàn),每天3-4次.經(jīng)過鍵盤察看各監(jiān)視能否有異常,并做好記錄。5上述調(diào)試實(shí)驗(yàn)如有異常,立刻查找緣由并排除缺點(diǎn)。7 PI7000 矢量變頻器的缺點(diǎn)與異常處置缺點(diǎn) 能夠緣由 措施電機(jī)不轉(zhuǎn) LED監(jiān)視器顯示缺點(diǎn)信息 缺點(diǎn)查詢并排除之,復(fù)位正常運(yùn)轉(zhuǎn).U，V，W端子無輸出或輸出異常 檢查所設(shè)定的控制方式和頻率參數(shù);檢查外部端子接線形狀.電機(jī)負(fù)載太重 檢查負(fù)載情況并排除過電流OC 缺點(diǎn)顯示OC-P IGBT驅(qū)動(dòng)維護(hù)；檢查電機(jī)能否堵轉(zhuǎn)電流過大.缺點(diǎn)顯示OC-2 輸出過電流，電流超越電機(jī)額定電流的2.6倍時(shí)維護(hù);檢查電機(jī)能否異常加速中過電流 重新設(shè)定或調(diào)整F09，F(xiàn)18，F(xiàn)19，,C04,，C05減速中過電流 重新設(shè)定或調(diào)整F10，F(xiàn)20，F(xiàn)21運(yùn)轉(zhuǎn)中過電流 檢查負(fù)載的變化情況并消除起動(dòng)或運(yùn)轉(zhuǎn)中有時(shí)過電流 檢查有無細(xì)微短路或接地景象干擾 檢查接地線，屏蔽線接地情況及端子情況過電壓OU