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　　摘 要：本文介紹了如何使用普傳PI7000矢量控制變頻器的主板端子功能、保護功能等實現(xiàn)混合動力電動汽車的低頻大轉(zhuǎn)矩及通過汽車油門信號的大小進行調(diào)速的工藝要求，同時實現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保;著重介紹了變頻器在混合動力電動汽車系統(tǒng)中的工作原理，變頻器矢量控制的功能參數(shù)設(shè)置及調(diào)試方法，變頻器常見故障及排除措施.

　　1 引言

　　混合動力電動汽車是指以蓄電池組作為動力源，用電動機和發(fā)動機驅(qū)動車輪行駛。電動機不排放有害氣體并且和發(fā)動機混合驅(qū)動可以大大減少有害氣體的排放量。自20世紀60年代起，日、美、歐等發(fā)達國家爭相開展混合動力電動汽車的研究開發(fā)工作。我國也已與20世紀80年代開始，以電力電子為基礎(chǔ)的電氣傳動技術(shù)的進步，為混合動力電動汽車的開展提供了先進的物質(zhì)基礎(chǔ);機電一體化技術(shù)的興起與發(fā)展，為燃油汽車這一典型的機械產(chǎn)品向機電一體化方向演變提供了十分豐富的技術(shù)經(jīng)驗。混合動力電動汽車的機電一體化配置模式，控制方法，還處在百花齊放的階段，既不成熟，也未定型。為了保證混合動力電動汽車和諧有序發(fā)展，國家已創(chuàng)造了一個良好的政策環(huán)境、市場環(huán)境和消費環(huán)境,因為發(fā)展混合動力電動汽車對節(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)的耗油量占石油消耗的1/4。2004年，我國產(chǎn)油1.7億噸，進口突破1億噸，石油消耗量占世界石油消耗量近20%，但GDP只占世界GDP的4%，在這種情況下，發(fā)展取代燃油型交通工具的混合動力電動汽車對我國經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。另外，汽車業(yè)的發(fā)展給環(huán)境保護帶來比較大的壓力，混合動力電動汽車廢氣排量少之又少，噪音污染很小，發(fā)展混合動力電動汽車可大大減輕環(huán)境污染方面的壓力。普傳PI7000矢量控制變頻器已成功應(yīng)用到混合動力環(huán)保、節(jié)能型電動汽車系統(tǒng)中，已通過長期的各種試驗與檢驗，現(xiàn)已在澳門的公路上穩(wěn)定行駛,達到了環(huán)保、節(jié)能的效果。

　　2 混合動力電動汽車的傳動系統(tǒng)

　　汽車是一種在陸地露天運行、結(jié)構(gòu)緊湊、具有車載能源的走行機械，工礦復(fù)雜。既要能適應(yīng)高速飛馳、又要能頻繁起制動、上下坡快速超車緊急剎車;既要能適應(yīng)雪天、雨天、盛夏嚴冬、雪后灑鹽等惡劣天氣條件，又要能承受道路的顛簸振動，還要保證司乘人員的舒適與安全。混合動力電動汽車的核心，是要用變頻器控制電動機的系統(tǒng)取代其機械推進系統(tǒng)，用電池代替汽油作為車載能源，在實現(xiàn)零排放或少排放的前提下，滿足燃油汽車各項性能、價格指標的要求。據(jù)此可將混合動力電動汽車傳動系統(tǒng)歸納為以下幾點：

　　1） 基速以下大轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)快速起動、加速、負荷爬坡、頻繁起停等要求，基速以上小轉(zhuǎn)矩、恒功率、調(diào)速范圍寬以適應(yīng)最高車速和公路飛馳超車等要求，上述要求可通過PI7000矢量變頻器功能參數(shù)的簡單設(shè)置即可實現(xiàn).

　　2） 整個轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速運行范圍內(nèi)的效率最優(yōu)化，以謀求電池一次充電后的續(xù)馳距離盡可能長。一輛燃油汽車帶50kg汽油約可行駛700km，如改裝為帶400kg鉛酸電池的混合動力電動汽車，則只能行駛100km。最近報導(dǎo)，采用最新研制的燃料電池可達到450km。開發(fā)比能量更高的新型電池是最根本的解決辦法，但降低電氣傳動系統(tǒng)的損耗也是重要的一環(huán)，使用PI7000矢量變頻器控制電動機，可達到高效節(jié)油、節(jié)能。

　　3） 電動機及電控裝置結(jié)構(gòu)堅固、體積小、重量輕、免維修或少維修、抗顛簸振動.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(wěn)、乘坐舒適，電氣系統(tǒng)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(zhuǎn)矩的振蕩。必須具備能及時發(fā)現(xiàn)此類事故的措施，并在一旦發(fā)現(xiàn)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(fù)位按鈕即可復(fù)位恢復(fù)正常工作狀態(tài)，司機可通過觸摸屏非常直觀地監(jiān)視電池電量、運行轉(zhuǎn)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(tài)等，操作及排除故障方便快捷。

　　3 混合動力電動汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及其工作原理:

　　工作原理:混合動力系統(tǒng)主要有能源供給系統(tǒng)、電氣驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)三大部分組成：1）能源供給系統(tǒng):由動力電池組、發(fā)動機-直流發(fā)電機機組組成.

　　2）電氣驅(qū)動系統(tǒng):由變頻器和電動機組成.

　　3）機械傳動系統(tǒng):將內(nèi)燃機和電動機的機械輸出通過離合器和減速器送給輪軸.

　　如果電池組電量不足,則啟動發(fā)動機通過直流發(fā)電機給蓄電池組充電,以保證有足夠的能源供給.變頻器控制電動機通過減速器及差動齒輪驅(qū)動前（或后）輪軸,內(nèi)燃發(fā)動機通過自動離合器與電動機同軸安裝（如上圖所示）.在車輛起動時或在市區(qū)內(nèi)行駛時,只由蓄電池組通過變頻器向電動機供電,即純電動驅(qū)動;在公路上行駛時,離合器接通,由內(nèi)燃發(fā)動機負責驅(qū)動輪軸,此時電動機作為發(fā)電機運行,通過變頻器給電池補充充電;高速重負載行駛時,電動機與內(nèi)燃發(fā)動機同時驅(qū)動輪軸,即混合驅(qū)動,以提高驅(qū)動功率,實現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保.

　　4 電動機控制系統(tǒng)

　　4.1電動機控制系統(tǒng)的組成

　　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機調(diào)速及保護電動機過流、過載、過壓等。

　　3）三相異步電動機及速度傳感器：實現(xiàn)矢量控制,通過減速器及差動齒輪驅(qū)動前或后輪軸。

　　4）減速器及輪軸、車輪：實現(xiàn)汽車前進、后退、停止等功能。

　　工作原理:蓄電池給電解電容充電,使直流母線電壓保持恒定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;電源板工作后,通過延時電路使接觸器吸合,限流電阻被短接.IGBT并聯(lián)使用構(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喈惒诫妱訖C的輸入工作電源.當有大的短路電流時,保險FU斷開起保護主元器件作用;當直流母線有高的尖峰電壓時,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保護.

　　元器件的選擇:根據(jù)三相異步電動機的功率為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;儲能電解電容為6個4700UF/450V,并聯(lián)在高壓直流母線兩端;保險為600A;每個IGBT的PN端并聯(lián)兩個3UF/600V的吸收電容.

　　4.3 PI7000矢量變頻器控制板接線示意圖及其說明:

　　控制過程說明:司機腳踩油門、換檔、腳剎、倒車等的操作的狀態(tài),其所對應(yīng)的數(shù)

　　字或模擬信號傳送到PLC中,PLC通過程序處理,再將所需信號傳送到變頻器的控制板的接線端子,對變頻器進行自動控制,變頻器按照所設(shè)定的功能參數(shù)實現(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、高速動態(tài)特性,使三相異步電動機帶動輪軸快速、平滑的起動、運行、停止（沒有沖擊力）,半坡起動力矩可以達到200%,達到混合動力電動汽車的設(shè)計要求.