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)汽車中的應(yīng)用1 引言 混合合動(dòng)力電動(dòng)汽汽車是指以蓄蓄電池組作為為動(dòng)力源，用用電動(dòng)機(jī)和發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車車輪行駛。電電動(dòng)機(jī)不排放放有害氣體并并且和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)可可以大大減少少有害氣體的的排放量。目目前城市大氣氣污染總量的的半數(shù)以上來(lái)來(lái)自燃油汽車車尾氣,從大大氣環(huán)保出發(fā)發(fā)，自20世世紀(jì)60年代代起，日、美美、歐等發(fā)達(dá)達(dá)國(guó)家爭(zhēng)相開開展混合動(dòng)力力電動(dòng)汽車的的研究開發(fā)工工作。我國(guó)也也已與20世世紀(jì)80年代代開始，以電電力電子為基基礎(chǔ)的電氣傳傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)進(jìn)步，為混合合動(dòng)力電動(dòng)汽汽車的開展提提供了先進(jìn)的的物質(zhì)基礎(chǔ)；機(jī)電一體化化技術(shù)的興起起與發(fā)展，為為燃油汽車這這一典型的機(jī)機(jī)械產(chǎn)品

2、向機(jī)機(jī)電一體化方方向演變提供供了十分豐富富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)?；旌蟿?dòng)力力電動(dòng)汽車的的機(jī)電一體化化配置模式，控控制方法，還還處在百花齊齊放的階段，既既不成熟，也也未定型。為為了保證混合合動(dòng)力電動(dòng)汽汽車和諧有序序發(fā)展，國(guó)家家已創(chuàng)造了一一個(gè)良好的政政策環(huán)境、市市場(chǎng)環(huán)境和消消費(fèi)環(huán)境,因因?yàn)榘l(fā)展混合合動(dòng)力電動(dòng)汽汽車對(duì)節(jié)約能能源、緩解環(huán)環(huán)境污染具有有重要意義,并且汽車工工業(yè)是耗油大大戶，目前我我國(guó)汽車工業(yè)業(yè)的耗油量占占石油消耗的的1/4。22004年，我我國(guó)產(chǎn)油1.7億噸，進(jìn)進(jìn)口突破1億億噸，石油消消耗量占世界界石油消耗量量近20，但但GDP只占占世界GDPP的4，在在這種情況下下，發(fā)展取代代燃油型交通通工具的

3、混合合動(dòng)力電動(dòng)汽汽車對(duì)我國(guó)經(jīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的的可持續(xù)發(fā)展展至關(guān)重要。另另外，汽車業(yè)業(yè)的發(fā)展給環(huán)環(huán)境保護(hù)帶來(lái)來(lái)比較大的壓壓力，混合動(dòng)動(dòng)力電動(dòng)汽車車廢氣排量少少之又少，噪噪音污染很小小，發(fā)展混合合動(dòng)力電動(dòng)汽汽車可大大減減輕環(huán)境污染染方面的壓力力。普傳PII7000矢矢量控制變頻頻器已成功應(yīng)應(yīng)用到混合動(dòng)動(dòng)力環(huán)保、節(jié)節(jié)能型電動(dòng)汽汽車系統(tǒng)中，已已通過(guò)長(zhǎng)期的的各種試驗(yàn)與與檢驗(yàn)，現(xiàn)已已在澳門的公公路上穩(wěn)定行行駛,達(dá)到了了環(huán)保、節(jié)能能的效果。22 混合動(dòng)力力電動(dòng)汽車的的傳動(dòng)系統(tǒng)汽汽車是一種在在陸地露天運(yùn)運(yùn)行、結(jié)構(gòu)緊緊湊、具有車車載能源的走走行機(jī)械，工工礦復(fù)雜。既既要能適應(yīng)高高速飛馳、又又要能頻繁起起制動(dòng)、上下下坡

4、快速超車車緊急剎車；既要能適應(yīng)應(yīng)雪天、雨天天、盛夏嚴(yán)冬冬、雪后灑鹽鹽等惡劣天氣氣條件，又要要能承受道路路的顛簸振動(dòng)動(dòng)，還要保證證司乘人員的的舒適與安全全?；旌蟿?dòng)力力電動(dòng)汽車的的核心，是要要用變頻器控控制電動(dòng)機(jī)的的系統(tǒng)取代其其機(jī)械推進(jìn)系系統(tǒng)，用電池池代替汽油作作為車載能源源，在實(shí)現(xiàn)零零排放或少排排放的前提下下，滿足燃油油汽車各項(xiàng)性性能、價(jià)格指指標(biāo)的要求。據(jù)據(jù)此可將混合合動(dòng)力電動(dòng)汽汽車傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)歸納為以下下幾點(diǎn)：（11） 基速以以下大轉(zhuǎn)矩以以適應(yīng)快速起起動(dòng)、加速、負(fù)負(fù)荷爬坡、頻頻繁起停等要要求，基速以以上小轉(zhuǎn)矩、恒恒功率、調(diào)速速范圍寬以適適應(yīng)最高車速速和公路飛馳馳超車等要求求，上述要求求可通過(guò)PI

5、I7000矢矢量變頻器功功能參數(shù)的簡(jiǎn)簡(jiǎn)單設(shè)置即可可實(shí)現(xiàn).（22） 整個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速運(yùn)運(yùn)行范圍內(nèi)的的效率最優(yōu)化化，以謀求電電池一次充電電后的續(xù)馳距距離盡可能長(zhǎng)長(zhǎng)。一輛燃油油汽車帶500kg汽油約約可行駛7000km，如如改裝為帶4400kg鉛鉛酸電池的混混合動(dòng)力電動(dòng)動(dòng)汽車，則只只能行駛1000km。最最近報(bào)導(dǎo)，采采用最新研制制的燃料電池池可達(dá)到4550km。開開發(fā)比能量更更高的新型電電池是最根本本的解決辦法法，但降低電電氣傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)的損耗也是是重要的一環(huán)環(huán)，使用PII7000矢矢量變頻器控控制電動(dòng)機(jī)，可可達(dá)到高效節(jié)節(jié)油、節(jié)能。（3）電動(dòng)機(jī)及電控裝置結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、體積小、重量輕、免維修或少維修、抗顛簸

6、振動(dòng).PI7000矢量變頻器將PLC及信號(hào)裝置等集成到一體。（4）操縱性能符合司機(jī)駕駛習(xí)慣,運(yùn)行平穩(wěn)、乘坐舒適，電氣系統(tǒng)換效保障措施完善。比如，當(dāng)電壓命令信號(hào)線、電流反饋或速度傳感器線斷或短路時(shí)，可能引起振幅達(dá)正負(fù)最大輸出轉(zhuǎn)矩的振蕩。必須具備能及時(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配合使用，具有快速的過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓、PG線斷等多種保護(hù)功能，一旦保護(hù)立即停止輸出電壓，司機(jī)按復(fù)位按鈕即可復(fù)位恢復(fù)正常工作狀態(tài)，司機(jī)可通過(guò)觸摸屏非常直觀地監(jiān)視電池電量、運(yùn)行轉(zhuǎn)速、工作電流等,司機(jī)也可通過(guò)觸摸屏查詢故障時(shí)的電流、頻率、電壓及故障時(shí)的狀態(tài)等，操作

7、及排除故障方便快捷。3 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及其工作原理見圖1所示。圖1 混合動(dòng)力力電動(dòng)汽車的的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖工作原理:混合合動(dòng)力系統(tǒng)主主要有能源供供給系統(tǒng)、電電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)三大部部分組成.（11） 能源供供給系統(tǒng):由由動(dòng)力電池組組、發(fā)動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)機(jī)機(jī)組組成.（2） 電電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng):由變頻器器和電動(dòng)機(jī)組組成.（3） 機(jī)械傳動(dòng)系系統(tǒng):將內(nèi)燃燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)機(jī)的機(jī)械輸出出通過(guò)離合器器和減速器送送給輪軸.如如果電池組電電量不足,則則啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)通過(guò)直流發(fā)發(fā)電機(jī)給蓄電電池組充電,以保證有足足夠的能源供供給.變頻器器控制電動(dòng)機(jī)機(jī)通過(guò)減速器器及差動(dòng)齒輪輪驅(qū)動(dòng)前(或或后)輪軸,內(nèi)燃發(fā)

8、動(dòng)機(jī)機(jī)通過(guò)自動(dòng)離離合器與電動(dòng)動(dòng)機(jī)同軸安裝裝(如上圖所所示).在車車輛起動(dòng)時(shí)或或在市區(qū)內(nèi)行行駛時(shí),只由由蓄電池組通通過(guò)變頻器向向電動(dòng)機(jī)供電電,即純電動(dòng)動(dòng)驅(qū)動(dòng);在公公路上行駛時(shí)時(shí),離合器接接通,由內(nèi)燃燃發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)責(zé)驅(qū)動(dòng)輪軸,此時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)作為發(fā)電機(jī)機(jī)運(yùn)行,通過(guò)過(guò)變頻器給電電池補(bǔ)充充電電;高速重負(fù)負(fù)載行駛時(shí),電動(dòng)機(jī)與內(nèi)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)同同時(shí)驅(qū)動(dòng)輪軸軸,即混合驅(qū)驅(qū)動(dòng),以提高高驅(qū)動(dòng)功率,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能能與環(huán)保.44 電動(dòng)機(jī)控控制系統(tǒng) 44.1電動(dòng)機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)的的組成見圖22所示。圖2 三相異步步電動(dòng)機(jī)控制制系統(tǒng)的組成成示意圖（1）蓄電池：給變頻器提提供DC3336V直流電電。（2）變變頻器及PLLC：信號(hào)控控制并且

9、給三三相異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)調(diào)速及保保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)過(guò)流、過(guò)載、過(guò)過(guò)壓等。（33）三相異步步電動(dòng)機(jī)及速速度傳感器：實(shí)現(xiàn)矢量控控制,通過(guò)減減速器及差動(dòng)動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)前前或后輪軸。（4）減速器及輪軸、車輪：實(shí)現(xiàn)汽車前進(jìn)、后退、停止等功能。4.2 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車系統(tǒng)中PI7000矢量變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖及其主元器件選擇 圖3 PI70000矢量變變頻器主回路路結(jié)構(gòu)圖（1）工作原理理:蓄電池給給電解電容充充電,使直流流母線電壓保保持恒定3336V左右,充電電阻RR為限流電阻阻,限制剛上上電瞬間的大大的充電電流流的沖擊;電電源板工作后后,通過(guò)延時(shí)時(shí)電路使接觸觸器吸合,限限流電阻被短短接.IGBBT并聯(lián)使用用構(gòu)成上下橋橋

10、臂,即為逆逆變器部分,將直流電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺兊牡娜嘟涣麟婋娮鳛槿喈惍惒诫妱?dòng)機(jī)的的輸入工作電電源.當(dāng)有大大的短路電流流時(shí),保險(xiǎn)FFU斷開起保保護(hù)主元器件件作用;當(dāng)直直流母線有高高的尖峰電壓壓時(shí),吸收電電容C將尖峰峰電壓吸收,防止主元器器件因過(guò)壓擊擊穿或頻繁跳跳保護(hù).（22）其元器件件的選擇:根根據(jù)三相異步步電動(dòng)機(jī)的功功率為90kkW,額定電電流為3400A,額定電電壓為2200V,額定頻頻率為37.5Hz,最最高頻率1440Hz,固固選逆變器件件IGBT為為1200AA/600VV;儲(chǔ)能電解解電容為6個(gè)個(gè)4700UUF/4500V,并聯(lián)在在高壓直流母母線兩端;保保險(xiǎn)為6000A;每個(gè)IIGBT

11、的PPN端并聯(lián)兩兩個(gè)3UF/600V的的吸收電容.4.3 PPI70000矢量變頻器器控制板接線線示意圖及其其說(shuō)明見圖44所示。 控制過(guò)程說(shuō)明：司機(jī)腳踩油油門、換檔、腳腳剎、倒車等等的操作的狀狀態(tài),其所對(duì)對(duì)應(yīng)的數(shù)字或或模擬信號(hào)傳傳送到PLCC中,PLCC通過(guò)程序處處理,再將所所需信號(hào)傳送送到變頻器的的控制板的接接線端子,對(duì)對(duì)變頻器進(jìn)行行自動(dòng)控制,變頻器按照照所設(shè)定的功功能參數(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)相應(yīng)的功能能.變頻器采采用矢量轉(zhuǎn)矩矩控制,滿足足汽車系統(tǒng)的的低頻大轉(zhuǎn)矩矩輸出、高速速動(dòng)態(tài)特性,使三相異步步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)動(dòng)輪軸快速、平平滑的起動(dòng)、運(yùn)運(yùn)行、停止(沒(méi)有沖擊力力),半坡起起動(dòng)力矩可以以達(dá)到2000%,達(dá)到混混

12、合動(dòng)力電動(dòng)動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)計(jì)要求.5 PI70000矢量變頻頻器功能參數(shù)數(shù)設(shè)置及其說(shuō)說(shuō)明 序號(hào) 功能參數(shù)數(shù) 設(shè)置值 說(shuō)明 備注注1 y077 340AA 變頻器額額定輸出電流流 90kWW電機(jī)設(shè)置為為340A22 y08 220V 變頻器額定定輸入電壓 3 L133 380VV 變頻器過(guò)過(guò)壓保護(hù)點(diǎn) 直流母線電電壓大于3880V時(shí)跳”O(jiān)OU”保護(hù)44 L14 200V 變頻器欠壓壓保護(hù)點(diǎn) 直直流母線電壓壓低于2000V時(shí)跳”LLU”保護(hù)55 b00 3 電機(jī)極極對(duì)數(shù) 6極極電機(jī)6 bb01 3440A 電機(jī)機(jī)額定電流 7 b022 220VV 電機(jī)額定定電壓 8 b03 11000RPPM 電機(jī)額額

13、定轉(zhuǎn)速 99 b04 37.5HHz 電機(jī)額額定頻率 110 F011 2 帶PPG矢量控制制模式 111 F04 1 主板端端子V2給定定頻率 122 F05 3 主板端端子臺(tái)控制運(yùn)運(yùn)行 13 F09 00.5S 加加速時(shí)間 114 F100 0.1SS 減速時(shí)間間 15 FF13 1440Hz 最最大頻率 116 F144 37.55Hz 基本本頻率 177 F17 140Hzz 上限頻率率 18 FF18 100% S曲線線加速起始段段 19 FF19 5% S曲線減減速起始段 20 F227 1 自自由停車模式式 21 FF61 122 負(fù)載類型型: 轉(zhuǎn)矩控控制 22 F63 55 轉(zhuǎn)

14、矩上限限切換 233 C04 190% 轉(zhuǎn)矩給定 該值可以影影響電機(jī)出力力,但是會(huì)引引起電流沖擊擊.24 CC05 555% 勵(lì)磁給給定 如果在在弱磁調(diào)速段段電機(jī)運(yùn)行不不穩(wěn)定,應(yīng)該該適當(dāng)調(diào)高勵(lì)勵(lì)磁給定,但但會(huì)影響低速速加速性能.25 b110 1066 PG脈沖沖數(shù) 以實(shí)際際為準(zhǔn).266 b12 PG旋轉(zhuǎn)方方向 需要手手動(dòng)測(cè)試確定定.其它參數(shù)數(shù)采用默認(rèn)值值6 PI70000 矢量變變頻器在混合合動(dòng)力電動(dòng)氣氣車系統(tǒng)中的的調(diào)試步驟66.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室調(diào)試（11）空載測(cè)試試將直流電3311V接入入變頻器的輸輸入端,設(shè)置置相應(yīng)的功能能參數(shù),運(yùn)行行至50Hzz,用整流式式指針萬(wàn)用表表測(cè)三相輸出出電壓正常;

15、鍵盤監(jiān)視的的直流母線電電壓值與用萬(wàn)萬(wàn)用表實(shí)測(cè)的的值一致,否否則通過(guò)修改改功能參數(shù)LL01進(jìn)行校校正。（2）帶帶載測(cè)試:待待機(jī)狀態(tài),將將電機(jī)的輸入入線接至變頻頻器的輸出端端,無(wú)誤后上上電.頻率一一點(diǎn)點(diǎn)升至滿滿頻,用萬(wàn)用用表測(cè)試三相相輸出電壓是是否平衡,用用嵌流表測(cè)電電機(jī)的三相輸輸出電流是否否平衡,觀察察鍵盤各監(jiān)視視:輸出頻率率、輸出電流流、輸出電流流百分比、電電機(jī)轉(zhuǎn)速、IIGBT溫度度等是否有異異常;調(diào)整功功能參數(shù)L001,將輸出出電流百分比比調(diào)準(zhǔn),即變變頻器輸出的的電流與鍵盤盤監(jiān)視的電流流相一致;調(diào)調(diào)整電源板上上的參數(shù)位RR35、R337,使變頻頻器達(dá)到2.6倍的額定定電流時(shí)跳過(guò)過(guò)流保護(hù).斷斷

16、電,將速度度傳感器的接接線與變頻器器的PG卡端端子一一對(duì)應(yīng)應(yīng)接好。（33）電機(jī)參數(shù)數(shù)測(cè)量:上電電將功能參數(shù)數(shù)b13設(shè)為為有效,變頻頻器即開始自自動(dòng)測(cè)量電機(jī)機(jī)的定子電阻阻,轉(zhuǎn)子電阻阻,電機(jī)漏感感,電機(jī)勵(lì)磁磁電感等參數(shù)數(shù)并自動(dòng)存儲(chǔ)儲(chǔ)到b05-b09中.（4） PPG的方向確確定設(shè)置功能能參數(shù):F001設(shè)為2,即帶PG的的矢量控制模模式;F022設(shè)為5Hzz,即給定頻頻率為5Hzz,F09設(shè)設(shè)為5S,即即加速時(shí)間為為5S,F110設(shè)為5SS,即減速時(shí)時(shí)間為5S.然后手動(dòng)運(yùn)運(yùn)行,如果電電機(jī)可以正常常運(yùn)行到5HHz,表示bb12 PGG旋轉(zhuǎn)方向設(shè)設(shè)定正確;如如果電機(jī)只能能運(yùn)行在1HHz以下,表表示PG旋

17、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)方向需要通通過(guò)b12進(jìn)進(jìn)行校正.（55）電機(jī)方向向確定給定正正轉(zhuǎn)運(yùn)行命令令,如果電機(jī)機(jī)正傳,表示示電機(jī)方向設(shè)設(shè)定正確;如如果電機(jī)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),表示電機(jī)機(jī)方向與命令令方向相反,需要更改端端子的命令,將FWD和和REV的接接線端子對(duì)調(diào)調(diào).（6）上上述測(cè)試如有有異常，立即即查找原因并并排除故障。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(wú)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(duì)汽車進(jìn)行前進(jìn)、倒退、平穩(wěn)運(yùn)行、拐彎運(yùn)行、停止操作,用鍵盤將功能參數(shù)F09、F10加減速時(shí)間逐漸減小,使其能夠快速起動(dòng)而沒(méi)有沖擊力又不跳保護(hù)即可。（3

18、）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(duì)汽車進(jìn)行前進(jìn)、倒退、平穩(wěn)運(yùn)行、拐彎運(yùn)行、爬坡運(yùn)行操作,監(jiān)視變頻器鍵盤看是否跳過(guò)流、過(guò)壓保護(hù);如果跳過(guò)流保護(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曲線加速起始段F18逐漸提高;如果跳過(guò)壓保護(hù),將功能參數(shù)L13變頻器過(guò)壓保護(hù)點(diǎn)逐漸提高,不要超過(guò)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),重復(fù)上述操作及調(diào)試.注:修改變頻器參數(shù)時(shí),需告訴司機(jī)掛空檔。（4） 汽車路試上述調(diào)試沒(méi)有異常后,司機(jī)駕駛汽車到各站點(diǎn)模擬試驗(yàn),每天3-4次.通過(guò)鍵盤觀察各監(jiān)視是否有異常,并做好記錄。（5）上述調(diào)試試驗(yàn)如有異常,立即查找原因并排除故障。7 PI70000 矢量變變頻器的故障障與異常處理理故障 可能能原因 措施施電機(jī)不轉(zhuǎn) LED監(jiān)視視器顯示故障障信息 故障障查詢并排除除之,復(fù)位正正常運(yùn)行.UU，V，W端端子無(wú)輸出或或輸出異