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应用1 引言 混合合动力电动汽汽车是指以蓄蓄电池组作为为动力源，用用电动机和发发动机驱动车车轮行驶。电电动机不排放放有害气体并并且和发动机机混合驱动可可以大大减少少有害气体的的排放量。目目前城市大气气污染总量的的半数以上来来自燃油汽车车尾气,从大大气环保出发发，自20世世纪60年代代起，日、美美、欧等发达达国家争相开开展混合动力力电动汽车的的研究开发工工作。我国也也已与20世世纪80年代代开始，以电电力电子为基基础的电气传传动技术的进进步，为混合合动力电动汽汽车的开展提提供了先进的的物质基础；机电一体化化技术的兴起起与发展，为为燃油汽车这这一典型的机机械产品

2、向机机电一体化方方向演变提供供了十分丰富富的技术经验验。混合动力力电动汽车的的机电一体化化配置模式，控控制方法，还还处在百花齐齐放的阶段，既既不成熟，也也未定型。为为了保证混合合动力电动汽汽车和谐有序序发展，国家家已创造了一一个良好的政政策环境、市市场环境和消消费环境,因因为发展混合合动力电动汽汽车对节约能能源、缓解环环境污染具有有重要意义,并且汽车工工业是耗油大大户，目前我我国汽车工业业的耗油量占占石油消耗的的1/4。22004年，我我国产油1.7亿吨，进进口突破1亿亿吨，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，在在这种情况下下，发展取代代燃油型交通通工具的

3、混合合动力电动汽汽车对我国经经济和社会的的可持续发展展至关重要。另另外，汽车业业的发展给环环境保护带来来比较大的压压力，混合动动力电动汽车车废气排量少少之又少，噪噪音污染很小小，发展混合合动力电动汽汽车可大大减减轻环境污染染方面的压力力。普传PII7000矢矢量控制变频频器已成功应应用到混合动动力环保、节节能型电动汽汽车系统中，已已通过长期的的各种试验与与检验，现已已在澳门的公公路上稳定行行驶,达到了了环保、节能能的效果。22 混合动力力电动汽车的的传动系统汽汽车是一种在在陆地露天运运行、结构紧紧凑、具有车车载能源的走走行机械，工工矿复杂。既既要能适应高高速飞驰、又又要能频繁起起制动、上下下坡

4、快速超车车紧急刹车；既要能适应应雪天、雨天天、盛夏严冬冬、雪后洒盐盐等恶劣天气气条件，又要要能承受道路路的颠簸振动动，还要保证证司乘人员的的舒适与安全全。混合动力力电动汽车的的核心，是要要用变频器控控制电动机的的系统取代其其机械推进系系统，用电池池代替汽油作作为车载能源源，在实现零零排放或少排排放的前提下下，满足燃油油汽车各项性性能、价格指指标的要求。据据此可将混合合动力电动汽汽车传动系统统归纳为以下下几点：（11） 基速以以下大转矩以以适应快速起起动、加速、负负荷爬坡、频频繁起停等要要求，基速以以上小转矩、恒恒功率、调速速范围宽以适适应最高车速速和公路飞驰驰超车等要求求，上述要求求可通过PI

5、I7000矢矢量变频器功功能参数的简简单设置即可可实现.（22） 整个转转矩/转速运运行范围内的的效率最优化化，以谋求电电池一次充电电后的续驰距距离尽可能长长。一辆燃油油汽车带500kg汽油约约可行驶7000km，如如改装为带4400kg铅铅酸电池的混混合动力电动动汽车，则只只能行驶1000km。最最近报导，采采用最新研制制的燃料电池池可达到4550km。开开发比能量更更高的新型电电池是最根本本的解决办法法，但降低电电气传动系统统的损耗也是是重要的一环环，使用PII7000矢矢量变频器控控制电动机，可可达到高效节节油、节能。（3）电动机及电控装置结构坚固、体积小、重量轻、免维修或少维修、抗颠簸

6、振动.PI7000矢量变频器将PLC及信号装置等集成到一体。（4）操纵性能符合司机驾驶习惯,运行平稳、乘坐舒适，电气系统换效保障措施完善。比如，当电压命令信号线、电流反馈或速度传感器线断或短路时，可能引起振幅达正负最大输出转矩的振荡。必须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配合使用，具有快速的过流、过载、过压、PG线断等多种保护功能，一旦保护立即停止输出电压，司机按复位按钮即可复位恢复正常工作状态，司机可通过触摸屏非常直观地监视电池电量、运行转速、工作电流等,司机也可通过触摸屏查询故障时的电流、频率、电压及故障时的状态等，操作

7、及排除故障方便快捷。3 混合动力电动汽车的系统结构图及其工作原理见图1所示。图1 混合动力力电动汽车的的系统结构图图工作原理:混合合动力系统主主要有能源供供给系统、电电气驱动系统统和机械传动动系统三大部部分组成.（11） 能源供供给系统:由由动力电池组组、发动机-直流发电机机机组组成.（2） 电电气驱动系统统:由变频器器和电动机组组成.（3） 机械传动系系统:将内燃燃机和电动机机的机械输出出通过离合器器和减速器送送给轮轴.如如果电池组电电量不足,则则启动发动机机通过直流发发电机给蓄电电池组充电,以保证有足足够的能源供供给.变频器器控制电动机机通过减速器器及差动齿轮轮驱动前(或或后)轮轴,内燃发

8、动机机通过自动离离合器与电动动机同轴安装装(如上图所所示).在车车辆起动时或或在市区内行行驶时,只由由蓄电池组通通过变频器向向电动机供电电,即纯电动动驱动;在公公路上行驶时时,离合器接接通,由内燃燃发动机负责责驱动轮轴,此时电动机机作为发电机机运行,通过过变频器给电电池补充充电电;高速重负负载行驶时,电动机与内内燃发动机同同时驱动轮轴轴,即混合驱驱动,以提高高驱动功率,实现了节能能与环保.44 电动机控控制系统 44.1电动机机控制系统的的组成见图22所示。图2 三相异步步电动机控制制系统的组成成示意图（1）蓄电池：给变频器提提供DC3336V直流电电。（2）变变频器及PLLC：信号控控制并且

9、给三三相异步电动动机调速及保保护电动机过过流、过载、过过压等。（33）三相异步步电动机及速速度传感器：实现矢量控控制,通过减减速器及差动动齿轮驱动前前或后轮轴。（4）减速器及轮轴、车轮：实现汽车前进、后退、停止等功能。4.2 混合动力电动汽车系统中PI7000矢量变频器主回路结构图及其主元器件选择 图3 PI70000矢量变变频器主回路路结构图（1）工作原理理:蓄电池给给电解电容充充电,使直流流母线电压保保持恒定3336V左右,充电电阻RR为限流电阻阻,限制刚上上电瞬间的大大的充电电流流的冲击;电电源板工作后后,通过延时时电路使接触触器吸合,限限流电阻被短短接.IGBBT并联使用用构成上下桥桥

10、臂,即为逆逆变器部分,将直流电转转变为可变的的三相交流电电作为三相异异步电动机的的输入工作电电源.当有大大的短路电流流时,保险FFU断开起保保护主元器件件作用;当直直流母线有高高的尖峰电压压时,吸收电电容C将尖峰峰电压吸收,防止主元器器件因过压击击穿或频繁跳跳保护.（22）其元器件件的选择:根根据三相异步步电动机的功功率为90kkW,额定电电流为3400A,额定电电压为2200V,额定频频率为37.5Hz,最最高频率1440Hz,固固选逆变器件件IGBT为为1200AA/600VV;储能电解解电容为6个个4700UUF/4500V,并联在在高压直流母母线两端;保保险为6000A;每个IIGBT

11、的PPN端并联两两个3UF/600V的的吸收电容.4.3 PPI70000矢量变频器器控制板接线线示意图及其其说明见图44所示。 控制过程说明：司机脚踩油油门、换档、脚脚刹、倒车等等的操作的状状态,其所对对应的数字或或模拟信号传传送到PLCC中,PLCC通过程序处处理,再将所所需信号传送送到变频器的的控制板的接接线端子,对对变频器进行行自动控制,变频器按照照所设定的功功能参数实现现相应的功能能.变频器采采用矢量转矩矩控制,满足足汽车系统的的低频大转矩矩输出、高速速动态特性,使三相异步步电动机带动动轮轴快速、平平滑的起动、运运行、停止(没有冲击力力),半坡起起动力矩可以以达到2000%,达到混混

12、合动力电动动汽车的设计计要求.5 PI70000矢量变频频器功能参数数设置及其说说明 序号 功能参数数 设置值 说明 备注注1 y077 340AA 变频器额额定输出电流流 90kWW电机设置为为340A22 y08 220V 变频器额定定输入电压 3 L133 380VV 变频器过过压保护点 直流母线电电压大于3880V时跳”OOU”保护44 L14 200V 变频器欠压压保护点 直直流母线电压压低于2000V时跳”LLU”保护55 b00 3 电机极极对数 6极极电机6 bb01 3440A 电机机额定电流 7 b022 220VV 电机额定定电压 8 b03 11000RPPM 电机额额

13、定转速 99 b04 37.5HHz 电机额额定频率 110 F011 2 带PPG矢量控制制模式 111 F04 1 主板端端子V2给定定频率 122 F05 3 主板端端子台控制运运行 13 F09 00.5S 加加速时间 114 F100 0.1SS 减速时间间 15 FF13 1440Hz 最最大频率 116 F144 37.55Hz 基本本频率 177 F17 140Hzz 上限频率率 18 FF18 100% S曲线线加速起始段段 19 FF19 5% S曲线减减速起始段 20 F227 1 自自由停车模式式 21 FF61 122 负载类型型: 转矩控控制 22 F63 55 转

14、矩上限限切换 233 C04 190% 转矩给定 该值可以影影响电机出力力,但是会引引起电流冲击击.24 CC05 555% 励磁给给定 如果在在弱磁调速段段电机运行不不稳定,应该该适当调高励励磁给定,但但会影响低速速加速性能.25 b110 1066 PG脉冲冲数 以实际际为准.266 b12 PG旋转方方向 需要手手动测试确定定.其它参数数采用默认值值6 PI70000 矢量变变频器在混合合动力电动气气车系统中的的调试步骤66.1 实验验室调试（11）空载测试试将直流电3311V接入入变频器的输输入端,设置置相应的功能能参数,运行行至50Hzz,用整流式式指针万用表表测三相输出出电压正常;

15、键盘监视的的直流母线电电压值与用万万用表实测的的值一致,否否则通过修改改功能参数LL01进行校校正。（2）带带载测试:待待机状态,将将电机的输入入线接至变频频器的输出端端,无误后上上电.频率一一点点升至满满频,用万用用表测试三相相输出电压是是否平衡,用用嵌流表测电电机的三相输输出电流是否否平衡,观察察键盘各监视视:输出频率率、输出电流流、输出电流流百分比、电电机转速、IIGBT温度度等是否有异异常;调整功功能参数L001,将输出出电流百分比比调准,即变变频器输出的的电流与键盘盘监视的电流流相一致;调调整电源板上上的参数位RR35、R337,使变频频器达到2.6倍的额定定电流时跳过过流保护.断断

16、电,将速度度传感器的接接线与变频器器的PG卡端端子一一对应应接好。（33）电机参数数测量:上电电将功能参数数b13设为为有效,变频频器即开始自自动测量电机机的定子电阻阻,转子电阻阻,电机漏感感,电机励磁磁电感等参数数并自动存储储到b05-b09中.（4） PPG的方向确确定设置功能能参数:F001设为2,即带PG的的矢量控制模模式;F022设为5Hzz,即给定频频率为5Hzz,F09设设为5S,即即加速时间为为5S,F110设为5SS,即减速时时间为5S.然后手动运运行,如果电电机可以正常常运行到5HHz,表示bb12 PGG旋转方向设设定正确;如如果电机只能能运行在1HHz以下,表表示PG旋

17、转转方向需要通通过b12进进行校正.（55）电机方向向确定给定正正转运行命令令,如果电机机正传,表示示电机方向设设定正确;如如果电机反转转,表示电机机方向与命令令方向相反,需要更改端端子的命令,将FWD和和REV的接接线端子对调调.（6）上上述测试如有有异常，立即即查找原因并并排除故障。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,对汽车进行前进、倒退、平稳运行、拐弯运行、停止操作,用键盘将功能参数F09、F10加减速时间逐渐减小,使其能够快速起动而没有冲击力又不跳保护即可。（3

18、）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,对汽车进行前进、倒退、平稳运行、拐弯运行、爬坡运行操作,监视变频器键盘看是否跳过流、过压保护;如果跳过流保护,将功能参数C04给定转矩逐渐提高, C05给定励磁逐渐降低,S曲线加速起始段F18逐渐提高;如果跳过压保护,将功能参数L13变频器过压保护点逐渐提高,不要超过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),重复上述操作及调试.注:修改变频器参数时,需告诉司机挂空档。（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试验,每天3-4次.通过键盘观察各监视是否有异常,并做好记录。（5）上述调试试验如有异常,立即查找原因并排除故障。7 PI70000 矢量变变频器的故障障与异常处理理故障 可能能原因 措施施电机不转 LED监视视器显示故障障信息 故障障查询并排除除之,复位正正常运行.UU，V，W端端子无输出或或输出异