1、矢量變頻器系統在混合動力電動汽車中的應用1 引言 混合合動力電動汽汽車是指以蓄蓄電池組作為為動力源，用用電動機和發發動機驅動車車輪行駛。電電動機不排放放有害氣體并并且和發動機機混合驅動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以上來來自燃油汽車車尾氣,從大大氣環保出發發，自20世世紀60年代代起，日、美美、歐等發達達國家爭相開開展混合動力力電動汽車的的研究開發工工作。我國也也已與20世世紀80年代代開始，以電電力電子為基基礎的電氣傳傳動技術的進進步，為混合合動力電動汽汽車的開展提提供了先進的的物質基礎；機電一體化化技術的興起起與發展，為為燃油汽車這這一典型的機機械產品

2、向機機電一體化方方向演變提供供了十分豐富富的技術經驗驗。混合動力力電動汽車的的機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力電動汽汽車和諧有序序發展，國家家已創造了一一個良好的政政策環境、市市場環境和消消費環境,因因為發展混合合動力電動汽汽車對節約能能源、緩解環環境污染具有有重要意義,并且汽車工工業是耗油大大戶，目前我我國汽車工業業的耗油量占占石油消耗的的1/4。22004年，我我國產油1.7億噸，進進口突破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，發展取代代燃油型交通通工具的

3、混合合動力電動汽汽車對我國經經濟和社會的的可持續發展展至關重要。另另外，汽車業業的發展給環環境保護帶來來比較大的壓壓力，混合動動力電動汽車車廢氣排量少少之又少，噪噪音污染很小小，發展混合合動力電動汽汽車可大大減減輕環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應用到混合動動力環保、節節能型電動汽汽車系統中，已已通過長期的的各種試驗與與檢驗，現已已在澳門的公公路上穩定行行駛,達到了了環保、節能能的效果。22 混合動力力電動汽車的的傳動系統汽汽車是一種在在陸地露天運運行、結構緊緊湊、具有車車載能源的走走行機械，工工礦復雜。既既要能適應高高速飛馳、又又要能頻繁起起制動、上下下坡

4、快速超車車緊急剎車；既要能適應應雪天、雨天天、盛夏嚴冬冬、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動，還要保證證司乘人員的的舒適與安全全。混合動力力電動汽車的的核心，是要要用變頻器控控制電動機的的系統取代其其機械推進系系統，用電池池代替汽油作作為車載能源源，在實現零零排放或少排排放的前提下下，滿足燃油油汽車各項性性能、價格指指標的要求。據據此可將混合合動力電動汽汽車傳動系統統歸納為以下下幾點：（11） 基速以以下大轉矩以以適應快速起起動、加速、負負荷爬坡、頻頻繁起停等要要求，基速以以上小轉矩、恒恒功率、調速速范圍寬以適適應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PI

5、I7000矢矢量變頻器功功能參數的簡簡單設置即可可實現.（22） 整個轉轉矩/轉速運運行范圍內的的效率最優化化，以謀求電電池一次充電電后的續馳距距離盡可能長長。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力電動動汽車，則只只能行駛1000km。最最近報導，采采用最新研制制的燃料電池池可達到4550km。開開發比能量更更高的新型電電池是最根本本的解決辦法法，但降低電電氣傳動系統統的損耗也是是重要的一環環，使用PII7000矢矢量變頻器控控制電動機，可可達到高效節節油、節能。（3）電動機及電控裝置結構堅固、體積小、重量輕、免維修或少維修、抗顛簸

6、振動.PI7000矢量變頻器將PLC及信號裝置等集成到一體。（4）操縱性能符合司機駕駛習慣,運行平穩、乘坐舒適，電氣系統換效保障措施完善。比如，當電壓命令信號線、電流反饋或速度傳感器線斷或短路時，可能引起振幅達正負最大輸出轉矩的振蕩。必須具備能及時發現此類事故的措施，并在一旦發現事故時，立刻切斷電動機的電源. PI7000矢量變頻器和PLC配合使用，具有快速的過流、過載、過壓、PG線斷等多種保護功能，一旦保護立即停止輸出電壓，司機按復位按鈕即可復位恢復正常工作狀態，司機可通過觸摸屏非常直觀地監視電池電量、運行轉速、工作電流等,司機也可通過觸摸屏查詢故障時的電流、頻率、電壓及故障時的狀態等，操作

7、及排除故障方便快捷。3 混合動力電動汽車的系統結構圖及其工作原理見圖1所示。圖1 混合動力力電動汽車的的系統結構圖圖工作原理:混合合動力系統主主要有能源供供給系統、電電氣驅動系統統和機械傳動動系統三大部部分組成.（11） 能源供供給系統:由由動力電池組組、發動機-直流發電機機機組組成.（2） 電電氣驅動系統統:由變頻器器和電動機組組成.（3） 機械傳動系系統:將內燃燃機和電動機機的機械輸出出通過離合器器和減速器送送給輪軸.如如果電池組電電量不足,則則啟動發動機機通過直流發發電機給蓄電電池組充電,以保證有足足夠的能源供供給.變頻器器控制電動機機通過減速器器及差動齒輪輪驅動前(或或后)輪軸,內燃發

8、動機機通過自動離離合器與電動動機同軸安裝裝(如上圖所所示).在車車輛起動時或或在市區內行行駛時,只由由蓄電池組通通過變頻器向向電動機供電電,即純電動動驅動;在公公路上行駛時時,離合器接接通,由內燃燃發動機負責責驅動輪軸,此時電動機機作為發電機機運行,通過過變頻器給電電池補充充電電;高速重負負載行駛時,電動機與內內燃發動機同同時驅動輪軸軸,即混合驅驅動,以提高高驅動功率,實現了節能能與環保.44 電動機控控制系統 44.1電動機機控制系統的的組成見圖22所示。圖2 三相異步步電動機控制制系統的組成成示意圖（1）蓄電池：給變頻器提提供DC3336V直流電電。（2）變變頻器及PLLC：信號控控制并且

9、給三三相異步電動動機調速及保保護電動機過過流、過載、過過壓等。（33）三相異步步電動機及速速度傳感器：實現矢量控控制,通過減減速器及差動動齒輪驅動前前或后輪軸。（4）減速器及輪軸、車輪：實現汽車前進、后退、停止等功能。4.2 混合動力電動汽車系統中PI7000矢量變頻器主回路結構圖及其主元器件選擇 圖3 PI70000矢量變變頻器主回路路結構圖（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,通過延時時電路使接觸觸器吸合,限限流電阻被短短接.IGBBT并聯使用用構成上下橋橋

10、臂,即為逆逆變器部分,將直流電轉轉變為可變的的三相交流電電作為三相異異步電動機的的輸入工作電電源.當有大大的短路電流流時,保險FFU斷開起保保護主元器件件作用;當直直流母線有高高的尖峰電壓壓時,吸收電電容C將尖峰峰電壓吸收,防止主元器器件因過壓擊擊穿或頻繁跳跳保護.（22）其元器件件的選擇:根根據三相異步步電動機的功功率為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;儲能電解解電容為6個個4700UUF/4500V,并聯在在高壓直流母母線兩端;保保險為6000A;每個IIGBT

11、的PPN端并聯兩兩個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明見圖44所示。 控制過程說明：司機腳踩油油門、換檔、腳腳剎、倒車等等的操作的狀狀態,其所對對應的數字或或模擬信號傳傳送到PLCC中,PLCC通過程序處處理,再將所所需信號傳送送到變頻器的的控制板的接接線端子,對對變頻器進行行自動控制,變頻器按照照所設定的功功能參數實現現相應的功能能.變頻器采采用矢量轉矩矩控制,滿足足汽車系統的的低頻大轉矩矩輸出、高速速動態特性,使三相異步步電動機帶動動輪軸快速、平平滑的起動、運運行、停止(沒有沖擊力力),半坡起起動力矩可以以達到2000%,達到混混

12、合動力電動動汽車的設計計要求.5 PI70000矢量變頻頻器功能參數數設置及其說說明 序號 功能參數數 設置值 說明 備注注1 y077 340AA 變頻器額額定輸出電流流 90kWW電機設置為為340A22 y08 220V 變頻器額定定輸入電壓 3 L133 380VV 變頻器過過壓保護點 直流母線電電壓大于3880V時跳”OOU”保護44 L14 200V 變頻器欠壓壓保護點 直直流母線電壓壓低于2000V時跳”LLU”保護55 b00 3 電機極極對數 6極極電機6 bb01 3440A 電機機額定電流 7 b022 220VV 電機額定定電壓 8 b03 11000RPPM 電機額額

13、定轉速 99 b04 37.5HHz 電機額額定頻率 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 主板端端子臺控制運運行 13 F09 00.5S 加加速時間 114 F100 0.1SS 減速時間間 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 負載類型型: 轉矩控控制 22 F63 55 轉

14、矩上限限切換 233 C04 190% 轉矩給定 該值可以影影響電機出力力,但是會引引起電流沖擊擊.24 CC05 555% 勵磁給給定 如果在在弱磁調速段段電機運行不不穩定,應該該適當調高勵勵磁給定,但但會影響低速速加速性能.25 b110 1066 PG脈沖沖數 以實際際為準.266 b12 PG旋轉方方向 需要手手動測試確定定.其它參數數采用默認值值6 PI70000 矢量變變頻器在混合合動力電動氣氣車系統中的的調試步驟66.1 實驗驗室調試（11）空載測試試將直流電3311V接入入變頻器的輸輸入端,設置置相應的功能能參數,運行行至50Hzz,用整流式式指針萬用表表測三相輸出出電壓正常;

15、鍵盤監視的的直流母線電電壓值與用萬萬用表實測的的值一致,否否則通過修改改功能參數LL01進行校校正。（2）帶帶載測試:待待機狀態,將將電機的輸入入線接至變頻頻器的輸出端端,無誤后上上電.頻率一一點點升至滿滿頻,用萬用用表測試三相相輸出電壓是是否平衡,用用嵌流表測電電機的三相輸輸出電流是否否平衡,觀察察鍵盤各監視視:輸出頻率率、輸出電流流、輸出電流流百分比、電電機轉速、IIGBT溫度度等是否有異異常;調整功功能參數L001,將輸出出電流百分比比調準,即變變頻器輸出的的電流與鍵盤盤監視的電流流相一致;調調整電源板上上的參數位RR35、R337,使變頻頻器達到2.6倍的額定定電流時跳過過流保護.斷斷

16、電,將速度度傳感器的接接線與變頻器器的PG卡端端子一一對應應接好。（33）電機參數數測量:上電電將功能參數數b13設為為有效,變頻頻器即開始自自動測量電機機的定子電阻阻,轉子電阻阻,電機漏感感,電機勵磁磁電感等參數數并自動存儲儲到b05-b09中.（4） PPG的方向確確定設置功能能參數:F001設為2,即帶PG的的矢量控制模模式;F022設為5Hzz,即給定頻頻率為5Hzz,F09設設為5S,即即加速時間為為5S,F110設為5SS,即減速時時間為5S.然后手動運運行,如果電電機可以正常常運行到5HHz,表示bb12 PGG旋轉方向設設定正確;如如果電機只能能運行在1HHz以下,表表示PG旋

17、轉轉方向需要通通過b12進進行校正.（55）電機方向向確定給定正正轉運行命令令,如果電機機正傳,表示示電機方向設設定正確;如如果電機反轉轉,表示電機機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的接接線端子對調調.（6）上上述測試如有有異常，立即即查找原因并并排除故障。6.2 變頻器在混合動力電動汽車系統中的動態調試:（1）檢查變頻器在汽車系統中的接線無誤后,方可上電調試。（2）空車調試司機將檔位掛在D檔(即高速檔),腳踩油門,對汽車進行前進、倒退、平穩運行、拐彎運行、停止操作,用鍵盤將功能參數F09、F10加減速時間逐漸減小,使其能夠快速起動而沒有沖擊力又不跳保護即可。（3

18、）汽車加載調試將汽車中放滿裝滿水的桶,模擬乘客.司機將檔位掛在D檔,腳踩油門,對汽車進行前進、倒退、平穩運行、拐彎運行、爬坡運行操作,監視變頻器鍵盤看是否跳過流、過壓保護;如果跳過流保護,將功能參數C04給定轉矩逐漸提高, C05給定勵磁逐漸降低,S曲線加速起始段F18逐漸提高;如果跳過壓保護,將功能參數L13變頻器過壓保護點逐漸提高,不要超過400V(電解電容耐壓為450V),S曲線減速起始段F19逐漸提高.司機將檔位掛在L檔(即低速檔,半坡起動時掛此檔),重復上述操作及調試.注:修改變頻器參數時,需告訴司機掛空檔。（4） 汽車路試上述調試沒有異常后,司機駕駛汽車到各站點模擬試驗,每天3-4次.通過鍵盤觀察各監視是否有異常,并做好記錄。（5）上述調試試驗如有異常,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 措施施電機不轉 LED監視視器顯示故障障信息 故障障查詢并排除除之,復位正正常運行.UU，V，W端端子無輸出或或輸出異