矢量变频器系统在混合动力电动汽车中的应用

1、.：.；矢量变频器系统在混合动力电动汽车中的运用1 引言 混合动力电动汽车是指以蓄电池组作为动力源，用电动机和发动机驱动车轮行驶。电动机不排放有害气体并且和发动机混合驱动可以大大减少有害气体的排放量。目前城市大气污染总量的半数以上燃油汽车尾气,从大气环保出发，自20世纪60年代起，日、美、欧等兴隆国家争相开展混合动力电动汽车的研讨开发任务。我国也已与20世纪80年代开场，以电力电子为根底的电气传动技术的提高，为混合动力电动汽车的开展提供了先进的物质根底；机电一体化技术的兴起与开展，为燃油汽车这一典型的机械产品向机电一体化方向演化提供了非常丰富的技术阅历。混合动力电动汽车的机电一体化配置方式，控

2、制方法，还处在百花齐放的阶段，既不成熟，也未定型。为了保证混合动力电动汽车调和有序开展，国家已发明了一个良好的政策环境、市场环境和消费环境,由于开展混合动力电动汽车对节约能源、缓解环境污染具有重要意义,并且汽车工业是耗油大户，目前我国汽车工业的耗油量占石油耗费的1/4。2004年，我国产油1.7亿吨，进口突破1亿吨，石油耗费量占世界石油耗费量近20，但GDP只占世界GDP的4，在这种情况下，开展取代燃油型交通工具的混合动力电动汽车对我国经济和社会的可继续开展至关重要。另外，汽车业的开展给环境维护带来比较大的压力，混合动力电动汽车废气排量少之又少，噪音污染很小，开展混合动力电动汽车可大大减轻环境

3、污染方面的压力。普传PI7000矢量控制变频器已胜利运用到混合动力环保、节能型电动汽车系统中，已经过长期的各种实验与检验，现已在澳门的公路上稳定行驶,到达了环保、节能的效果。2 混合动力电动汽车的传动系统汽车是一种在陆地露天运转、构造紧凑、具有车载能源的走行机械，工矿复杂。既要能顺应高速飞驰、又要能频繁起制动、上下坡快速超车紧急刹车；既要能顺应雪天、雨天、盛夏严冬、雪后洒盐等恶劣天气条件，又要能接受道路的颠簸振动，还要保证司乘人员的温馨与平安。混合动力电动汽车的中心，是要用变频器控制电动机的系统取代其机械推进系统，用电池替代汽油作为车载能源，在实现零排放或少排放的前提下，满足燃油汽车各项性能、

4、价钱目的的要求。据此可将混合动力电动汽车传动系统归纳为以下几点：1 基速以下大转矩以顺应快速起动、加速、负荷爬坡、频繁起停等要求，基速以上小转矩、恒功率、调速范围宽以顺应最高车速和公路飞驰超车等要求，上述要求可经过PI7000矢量变频器功能参数的简单设置即可实现.2 整个转矩/转速运转范围内的效率最优化，以谋求电池一次充电后的续驰间隔 尽能够长。一辆燃油汽车带50kg汽油约可行驶700km，如改装为带400kg铅酸电池的混合动力电动汽车，那么只能行驶100km。最近报导，采用最新研制的燃料电池可到达450km。开发比能量更高的新型电池是最根本的处理方法，但降低电气传动系统的损耗也是重要的一环，

5、运用PI7000矢量变频器控制电动机，可到达高效节油、节能。3电动机及电控安装构造巩固、体积小、分量轻、免维修或少维修、抗颠簸振动.PI7000矢量变频器将PLC及信号安装等集成到一体。4支配性能符合司机驾驶习惯,运转平稳、乘坐温馨，电气系统换效保证措施完善。比如，当电压命令信号线、电流反响或速度传感器线断或短路时，能够引起振幅达正负最大输出转矩的振荡。必需具备能及时发现此类事故的措施，并在一旦发现事故时，立刻切断电动机的电源. PI7000矢量变频器和PLC配合运用，具有快速的过流、过载、过压、PG线断等多种维护功能，一旦维护立刻停顿输出电压，司机按复位按钮即可复位恢复正常任务形状，司机可经

6、过触摸屏非常直观地监视电池电量、运转转速、任务电流等,司机也可经过触摸屏查询缺点时的电流、频率、电压及缺点时的形状等，操作及排除缺点方便快捷。3 混合动力电动汽车的系统构造图及其任务原理见图1所示。图1 混合动力电动汽车的系统构造图任务原理:混合动力系统主要有能源供应系统、电气驱动系统和机械传动系统三大部分组成.1 能源供应系统:由动力电池组、发动机-直流发电机机组组成.2 电气驱动系统:由变频器和电动机组成.3 机械传动系统:将内燃机和电动机的机械输出经过离合器和减速器送给轮轴.假设电池组电量缺乏,那么启动发动机经过直流发电机给蓄电池组充电,以保证有足够的能源供应.变频器控制电动机经过减速器

7、及差动齿轮驱动前(或后)轮轴,内燃发动机经过自动离合器与电动机同轴安装(如上图所示).在车辆起动时或在市区内行驶时,只由蓄电池组经过变频器向电动机供电,即纯电动驱动;在公路上行驶时,离合器接通,由内燃发动机担任驱动轮轴,此时电动机作为发电机运转,经过变频器给电池补充充电;高速重负载行驶时,电动机与内燃发动机同时驱动轮轴,即混合驱动,以提高驱动功率,实现了节能与环保.4 电动机控制系统 4.1电动机控制系统的组成见图2所示。图2 三相异步电动机控制系统的组成表示图1蓄电池：给变频器提供DC336V直流电。2变频器及PLC：信号控制并且给三相异步电动机调速及维护电动机过流、过载、过压等。3三相异步

8、电动机及速度传感器：实现矢量控制,经过减速器及差动齿轮驱动前或后轮轴。4减速器及轮轴、车轮：实现汽车前进、后退、停顿等功能。4.2 混合动力电动汽车系统中PI7000矢量变频器主回路构造图及其主元器件选择 图3 PI7000矢量变频器主回路构造图1任务原理:蓄电池给电解电容充电,使直流母线电压坚持恒定336V左右,充电电阻R为限流电阻,限制刚上电瞬间的大的充电电流的冲击;电源板任务后,经过延时电路使接触器吸合,限流电阻被短接.IGBT并联运用构成上下桥臂,即为逆变器部分,将直流电转变为可变的三相交流电作为三相异步电动机的输入任务电源.当有大的短路电流时,保险FU断开起维护主元器件作用;当直流母

9、线有高的尖峰电压时,吸收电容C将尖峰电压吸收,防止主元器件因过压击穿或频繁跳维护.2其元器件的选择:根据三相异步电动机的功率为90kW,额定电流为340A,额定电压为220V,额定频率为37.5Hz,最高频率140Hz,固选逆变器件IGBT为1200A/600V;储能电解电容为6个4700UF/450V,并联在高压直流母线两端;保险为600A;每个IGBT的PN端并联两个3UF/600V的吸收电容.4.3 PI7000矢量变频器控制板接线表示图及其阐明见图4所示。 控制过程阐明：司机脚踩油门、换档、脚刹、倒车等的操作的形状,其所对应的数字或模拟信号传送到PLC中,PLC经过程序处置,再将所需信

10、号传送到变频器的控制板的接线端子,对变频器进展自动控制,变频器按照所设定的功能参数实现相应的功能.变频器采用矢量转矩控制,满足汽车系统的低频大转矩输出、高速动态特性,使三相异步电动机带动轮轴快速、平滑的起动、运转、停顿(没有冲击力),半坡起动力矩可以到达200%,到达混合动力电动汽车的设计要求.5 PI7000矢量变频器功能参数设置及其阐明 序号 功能参数 设置值 阐明 备注1 y07 340A 变频器额定输出电流 90kW电机设置为340A2 y08 220V 变频器额定输入电压 3 L13 380V 变频器过压维护点 直流母线电压大于380V时跳OU维护4 L14 200V 变频器欠压维护

11、点 直流母线电压低于200V时跳LU维护5 b00 3 电机极对数 6极电机6 b01 340A 电机额定电流 7 b02 220V 电机额定电压 8 b03 1000RPM 电机额定转速 9 b04 37.5Hz 电机额定频率 10 F01 2 带PG矢量控制方式 11 F04 1 主板端子V2给定频率 12 F05 3 主板端子台控制运转 13 F09 0.5S 加速时间 14 F10 0.1S 减速时间 15 F13 140Hz 最大频率 16 F14 37.5Hz 根本频率 17 F17 140Hz 上限频率 18 F18 10% S曲线加速起始段 19 F19 5% S曲线减速起始段

12、 20 F27 1 自在停车方式 21 F61 12 负载类型: 转矩控制 22 F63 5 转矩上限切换 23 C04 190% 转矩给定 该值可以影响电机出力,但是会引起电流冲击.24 C05 55% 励磁给定 假设在弱磁调速段电机运转不稳定,应该适当调高励磁给定,但会影响低速加速性能.25 b10 106 PG脉冲数 以实践为准.26 b12 PG旋转方向 需求手动测试确定.其它参数采用默许值6 PI7000 矢量变频器在混合动力电动气车系统中的调试步骤6.1 实验室调试1空载测试将直流电311V接入变频器的输入端,设置相应的功能参数,运转至50Hz,用整流式指针万用表测三相输出电压正常

13、;键盘监视的直流母线电压值与用万用表实测的值一致,否那么经过修正功能参数L01进展校正。2带载测试:待机形状,将电机的输入线接至变频器的输出端,无误后上电.频率一点点升至满频,用万用表测试三相输出电压能否平衡,用嵌流表测电机的三相输出电流能否平衡,察看键盘各监视:输出频率、输出电流、输出电流百分比、电机转速、IGBT温度等能否有异常;调整功能参数L01,将输出电流百分比调准,即变频器输出的电流与键盘监视的电流相一致;调整电源板上的参数位R35、R37,使变频器到达2.6倍的额定电流时跳过流维护.断电,将速度传感器的接线与变频器的PG卡端子一一对应接好。3电机参数丈量:上电将功能参数b13设为有

14、效,变频器即开场自动丈量电机的定子电阻,转子电阻,电机漏感,电机励磁电感等参数并自动存储到b05-b09中.4 PG的方向确定设置功能参数:F01设为2,即带PG的矢量控制方式;F02设为5Hz,即给定频率为5Hz,F09设为5S,即加速时间为5S,F10设为5S,即减速时间为5S.然后手动运转,假设电机可以正常运转到5Hz,表示b12 PG旋转方向设定正确;假设电机只能运转在1Hz以下,表示PG旋转方向需求经过b12进展校正.5电机方向确定给定正转运转命令,假设电机正传,表示电机方向设定正确;假设电机反转,表示电机方向与命令方向相反,需求更改端子的命令,将FWD和REV的接线端子对调.6上述

15、测试如有异常，立刻查找缘由并排除缺点。6.2 变频器在混合动力电动汽车系统中的动态调试:1检查变频器在汽车系统中的接线无误后,方可上电调试。2空车调试司机将档位挂在D档(即高速档),脚踩油门,对汽车进展前进、倒退、平稳运转、拐弯运转、停顿操作,用键盘将功能参数F09、F10加减速时间逐渐减小,使其可以快速起动而没有冲击力又不跳维护即可。3汽车加载调试将汽车中放满装满水的桶,模拟乘客.司机将档位挂在D档,脚踩油门,对汽车进展前进、倒退、平稳运转、拐弯运转、爬坡运转操作,监视变频器键盘看能否跳过流、过压维护;假设跳过流维护,将功能参数C04给定转矩逐渐提高, C05给定励磁逐渐降低,S曲线加速起始

16、段F18逐渐提高;假设跳过压维护,将功能参数L13变频器过压维护点逐渐提高,不要超越400V(电解电容耐压为450V),S曲线减速起始段F19逐渐提高.司机将档位挂在L档(即低速档,半坡起动时挂此档),反复上述操作及调试.注:修正变频器参数时,需通知司机挂空档。4 汽车路试上述调试没有异常后,司机驾驶汽车到各站点模拟实验,每天3-4次.经过键盘察看各监视能否有异常,并做好记录。5上述调试实验如有异常,立刻查找缘由并排除缺点。7 PI7000 矢量变频器的缺点与异常处置缺点 能够缘由 措施电机不转 LED监视器显示缺点信息 缺点查询并排除之,复位正常运转.U，V，W端子无输出或输出异常 检查所设定的控制方式和频率参数;检查外部端子接线形状.电机负载太重 检查负载情况并排除过电流OC 缺点显示OC-P IGBT驱动维护；检查电机能否堵转电流过大.缺点显示OC-2 输出过电流，电流超越电机额定电流的2.6倍时维护;检查电机能否异常加速中过电流 重新设定或调整F09，F18，F19，,C04,，C05减速中过电流 重新设定或调整F10，F20，F21运转中过电流 检查负载的变化情况并消除起动或运转中有时过电流 检查有无细微短路或接地景象干扰 检查接地线，屏蔽线接地情况及端子情况过电压OU