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(shí)現混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的低頻大轉矩及通過(guò)汽車(chē)油門(mén)信號的大小進(jìn)行調速的工藝要求，同時(shí)實(shí)現了節能與環(huán)保;著(zhù)重介紹了變頻器在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)系統中的工作原理，變頻器矢量控制的功能參數設置及調試方法，變頻器常見(jiàn)故障及排除措施.

　　1 引言

　　混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)是指以蓄電池組作為動(dòng)力源，用電動(dòng)機和發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)車(chē)輪行駛。電動(dòng)機不排放有害氣體并且和發(fā)動(dòng)機混合驅動(dòng)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(kāi)展混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的研究開(kāi)發(fā)工作。我國也已與20世紀80年代開(kāi)始，以電力電子為基礎的電氣傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步，為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)展提供了先進(jìn)的物質(zhì)基礎;機電一體化技術(shù)的興起與發(fā)展，為燃油汽車(chē)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?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)和諧有序發(fā)展，國家已創(chuàng )造了一個(gè)良好的政策環(huán)境、市場(chǎng)環(huán)境和消費環(huán)境,因為發(fā)展混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)對節約能源、緩解環(huán)境污染具有重要意義,并且汽車(chē)工業(yè)是耗油大戶(hù)，目前我國汽車(chē)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(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(chē)對我國經(jīng)濟和社會(huì )的可持續發(fā)展至關(guān)重要。另外，汽車(chē)業(yè)的發(fā)展給環(huán)境保護帶來(lái)比較大的壓力，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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用到混合動(dòng)力環(huán)保、節能型電動(dòng)汽車(chē)系統中，已通過(guò)長(cháng)期的各種試驗與檢驗，現已在澳門(mén)的公路上穩定行駛,達到了環(huán)保、節能的效果。

　　2 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的傳動(dòng)系統

　　汽車(chē)是一種在陸地露天運行、結構緊湊、具有車(chē)載能源的走行機械，工礦復雜。既要能適應高速飛馳、又要能頻繁起制動(dòng)、上下坡快速超車(chē)緊急剎車(chē);既要能適應雪天、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(dòng)，還要保證司乘人員的舒適與安全?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的核心，是要用變頻器控制電動(dòng)機的系統取代其機械推進(jìn)系統，用電池代替汽油作為車(chē)載能源，在實(shí)現零排放或少排放的前提下，滿(mǎn)足燃油汽車(chē)各項性能、價(jià)格指標的要求。據此可將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統歸納為以下幾點(diǎn)：

　　1） 基速以下大轉矩以適應快速起動(dòng)、加速、負荷爬坡、頻繁起停等要求，基速以上小轉矩、恒功率、調速范圍寬以適應最高車(chē)速和公路飛馳超車(chē)等要求，上述要求可通過(guò)PI7000矢量變頻器功能參數的簡(jiǎn)單設置即可實(shí)現.

　　2） 整個(gè)轉矩/轉速運行范圍內的效率最優(yōu)化，以謀求電池一次充電后的續馳距離盡可能長(cháng)。一輛燃油汽車(chē)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(chē)，則只能行駛100km。最近報導，采用最新研制的燃料電池可達到450km。開(kāi)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，可達到高效節油、節能。

　　3） 電動(dòng)機及電控裝置結構堅固、體積小、重量輕、免維修或少維修、抗顛簸振動(dòng).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(xiàn)、電流反饋或速度傳感器線(xiàn)斷或短路時(shí)，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(shí)發(fā)現此類(lèi)事故的措施，并在一旦發(fā)現事故時(shí)，立刻切斷電動(dòng)機的電源. PI7000矢量變頻器和PLC配合使用，具有快速的過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓、PG線(xiàn)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(tài)，司機可通過(guò)觸摸屏非常直觀(guān)地監視電池電量、運行轉速、工作電流等,司機也可通過(guò)觸摸屏查詢(xún)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(chē)的系統結構圖及其工作原理:

　　工作原理:混合動(dòng)力系統主要有能源供給系統、電氣驅動(dòng)系統和機械傳動(dòng)系統三大部分組成：1）能源供給系統:由動(dòng)力電池組、發(fā)動(dòng)機-直流發(fā)電機機組組成.

　　2）電氣驅動(dòng)系統:由變頻器和電動(dòng)機組成.

　　3）機械傳動(dòng)系統:將內燃機和電動(dòng)機的機械輸出通過(guò)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)機通過(guò)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(dòng)機通過(guò)減速器及差動(dòng)齒輪驅動(dòng)前（或后）輪軸,內燃發(fā)動(dòng)機通過(guò)自動(dòng)離合器與電動(dòng)機同軸安裝（如上圖所示）.在車(chē)輛起動(dòng)時(shí)或在市區內行駛時(shí),只由蓄電池組通過(guò)變頻器向電動(dòng)機供電,即純電動(dòng)驅動(dòng);在公路上行駛時(shí),離合器接通,由內燃發(fā)動(dòng)機負責驅動(dòng)輪軸,此時(shí)電動(dòng)機作為發(fā)電機運行,通過(guò)變頻器給電池補充充電;高速重負載行駛時(shí),電動(dòng)機與內燃發(fā)動(dòng)機同時(shí)驅動(dòng)輪軸,即混合驅動(dòng),以提高驅動(dòng)功率,實(shí)現了節能與環(huán)保.

　　4 電動(dòng)機控制系統

　　4.1電動(dòng)機控制系統的組成

　　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(dòng)機調速及保護電動(dòng)機過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓等。

　　3）三相異步電動(dòng)機及速度傳感器：實(shí)現矢量控制,通過(guò)減速器及差動(dòng)齒輪驅動(dòng)前或后輪軸。

　　4）減速器及輪軸、車(chē)輪：實(shí)現汽車(chē)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(xiàn)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(guò)延時(shí)電路使接觸器吸合,限流電阻被短接.IGBT并聯(lián)使用構成上下橋臂,即為逆變器部分,將直流電轉變?yōu)榭勺兊娜嘟涣麟娮鳛槿喈惒诫妱?dòng)機的輸入工作電源.當有大的短路電流時(shí),保險FU斷開(kāi)起保護主元器件作用;當直流母線(xiàn)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(guò)壓擊穿或頻繁跳保護.

　　元器件的選擇:根據三相異步電動(dòng)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(gè)4700UF/450V,并聯(lián)在高壓直流母線(xiàn)兩端;保險為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(xiàn)示意圖及其說(shuō)明:

　　控制過(guò)程說(shuō)明:司機腳踩油門(mén)、換檔、腳剎、倒車(chē)等的操作的狀態(tài),其所對應的數

　　字或模擬信號傳送到PLC中,PLC通過(guò)程序處理,再將所需信號傳送到變頻器的控制板的接線(xiàn)端子,對變頻器進(jìn)行自動(dòng)控制,變頻器按照所設定的功能參數實(shí)現相應的功能.變頻器采用矢量轉矩控制,滿(mǎn)足汽車(chē)系統的低頻大轉矩輸出、高速動(dòng)態(tài)特性,使三相異步電動(dòng)機帶動(dòng)輪軸快速、平滑的起動(dòng)、運行、停止（沒(méi)有沖擊力）,半坡起動(dòng)力矩可以達到200%,達到混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的設計要求.