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(hù)功能等實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的低頻大轉(zhuǎn)矩及通過汽車油門信號(hào)的大小進(jìn)行調(diào)速的工藝要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保;著重介紹了變頻器在混合動(dòng)力電動(dòng)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(dòng)力電動(dòng)汽車是指以蓄電池組作為動(dòng)力源，用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛。電動(dòng)機(jī)不排放有害氣體并且和發(fā)動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)可以大大減少有害氣體的排放量。自20世紀(jì)60年代起，日、美、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家爭(zhēng)相開展混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研究開發(fā)工作。我國(guó)也已與20世紀(jì)80年代開始，以電力電子為基礎(chǔ)的電氣傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步，為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的開展提供了先進(jìn)的物質(zhì)基礎(chǔ);機(jī)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(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化方向演變提供了十分豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的機(jī)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(dòng)力電動(dòng)汽車和諧有序發(fā)展，國(guó)家已創(chuàng)造了一個(gè)良好的政策環(huán)境、市場(chǎng)環(huán)境和消費(fèi)環(huán)境,因?yàn)榘l(fā)展混合動(dòng)力電動(dòng)汽車對(duì)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(guó)汽車工業(yè)的耗油量占石油消耗的1/4。2004年，我國(guó)產(chǎn)油1.7億噸，進(jìn)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(dòng)力電動(dòng)汽車對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(hù)帶來比較大的壓力，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車廢氣排量少之又少，噪音污染很小，發(fā)展混合動(dòng)力電動(dòng)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(dòng)力環(huán)保、節(jié)能型電動(dòng)汽車系統(tǒng)中，已通過長(zhǎng)期的各種試驗(yàn)與檢驗(yàn)，現(xiàn)已在澳門的公路上穩(wěn)定行駛,達(dá)到了環(huán)保、節(jié)能的效果。 2 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng) 　　汽車是一種在陸地露天運(yùn)行、結(jié)構(gòu)緊湊、具有車載能源的走行機(jī)械，工礦復(fù)雜。既要能適應(yīng)高速飛馳、又要能頻繁起制動(dòng)、上下坡快速超車緊急剎車;既要能適應(yīng)雪天、雨天、盛夏嚴(yán)冬、雪后灑鹽等惡劣天氣條件，又要能承受道路的顛簸振動(dòng)，還要保證司乘人員的舒適與安全。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的核心，是要用變頻器控制電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)取代其機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)，用電池代替汽油作為車載能源，在實(shí)現(xiàn)零排放或少排放的前提下，滿足燃油汽車各項(xiàng)性能、價(jià)格指標(biāo)的要求。據(jù)此可將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)歸納為以下幾點(diǎn)： 　　1） 基速以下大轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)快速起動(dòng)、加速、負(fù)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(jiǎn)單設(shè)置即可實(shí)現(xiàn). 　　2） 整個(gè)轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速運(yùn)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(zhǎng)。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(dòng)力電動(dòng)汽車，則只能行駛100km。最近報(bào)導(dǎo)，采用最新研制的燃料電池可達(dá)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(dòng)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(dòng)機(jī)，可達(dá)到高效節(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，具有快速的過流、過載、過壓、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: 　　工作原理:混合動(dòng)力系統(tǒng)主要有能源供給系統(tǒng)、電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)三大部分組成：1）能源供給系統(tǒng):由動(dòng)力電池組、發(fā)動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)機(jī)組組成. 　　2）電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):由變頻器和電動(dòng)機(jī)組成. 　　3）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng):將內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)的機(jī)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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)通過直流發(fā)電機(jī)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(dòng)機(jī)通過減速器及差動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)前（或后）輪軸,內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)通過自動(dòng)離合器與電動(dòng)機(jī)同軸安裝（如上圖所示）.在車輛起動(dòng)時(shí)或在市區(qū)內(nèi)行駛時(shí),只由蓄電池組通過變頻器向電動(dòng)機(jī)供電,即純電動(dòng)驅(qū)動(dòng);在公路上行駛時(shí),離合器接通,由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)輪軸,此時(shí)電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行,通過變頻器給電池補(bǔ)充充電;高速重負(fù)載行駛時(shí),電動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)輪軸,即混合驅(qū)動(dòng),以提高驅(qū)動(dòng)功率,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保. 4 電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 　　4.1電動(dòng)機(jī)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(hào)控制并且給三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速及保護(hù)電動(dòng)機(jī)過流、過載、過壓等。 　　3）三相異步電動(dòng)機(jī)及速度傳感器：實(shí)現(xiàn)矢量控制,通過減速器及差動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)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。 　　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(shí)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?dòng)機(jī)的輸入工作電源.當(dāng)有大的短路電流時(shí),保險(xiǎn)FU斷開起保護(hù)主元器件作用;當(dāng)直流母線有高的尖峰電壓時(shí),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(hù). 　　元器件的選擇:根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)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(chǔ)能電解電容為6個(gè)4700UF/450V,并聯(lián)在高壓直流母線兩端;保險(xiǎn)為600A;每個(gè)IGBT的PN端并聯(lián)兩個(gè)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(jī)腳踩油門、換檔、腳剎、倒車等的操作的狀態(tài),其所對(duì)應(yīng)的數(shù) 　　字或模擬信號(hào)傳送到PLC中,PLC通過程序處理,再將所需信號(hào)傳送到變頻器的控制板的接線端子,對(duì)變頻器進(jìn)行自動(dòng)控制,變頻器按照所設(shè)定的功能參數(shù)實(shí)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(dòng)態(tài)特性,使三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輪軸快速、平滑的起動(dòng)、運(yùn)行、停止（沒有沖擊力）,半坡起動(dòng)力矩可以達(dá)到200%,達(dá)到混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)要求.