矢量控制变频器在混合动力电动汽车中的应用

　　4、电动机控制系统

　　4.1电动机控制系统的组成

　　图2示出系统示意图

　　（1）蓄电池：给变频器提供DC336V直流电。

　　（2）变频器及PLC：信号控制并且给三相异步电动机调速及保护电动机过流、过载、过压等。

　　（3）三相异步电动机及速度传感器：实现矢量控制，通过减速器及差动齿轮驱动前后或后轮轴。

　　（4）减速器及轮轴、车轮：实现汽车前进、后退、停止等功能。

　　4.2 PI7000矢量变频器主回路结构图及其主元器件选择

　　（1）工作原理：蓄电池给电解电容充电，使直流母线电压保持恒定336V左右，充电电阻R为限流电阻，限制刚上电瞬间的大的充电电流的冲击；电源板工作后，通过延时电路使接触器吸合，限流电阻被短接。IGBT并联使用构成上下桥臂，即为逆变器部分，将直流电转变为可变的三相交流电作为三相异步电动机的输入工作电源。当有大的短路电流时，保险FU断开起保护主元器件作用；当直流母线有高的尖峰电压时，吸收电容C将尖峰电压吸收，防止主元器件因过压击穿或频繁跳保护，如图3所示。

　　（2）元器件的选择。根据三相异步电动机的功率为90kW，额定电流为340A，额定电压为 220V，额定频率为37.5Hz，最高频率140Hz，固选逆变器件IGBT为1200A/600V，储能电解电容为6个4700μF/450V，并联在高压直流母线两端，保险为600A；每个IGBT的PN端并联两个3μF/600A的吸收电容。

　　4.3PI7000矢量变频器控制板接线示意图及其说明

　　控制过程说明：司机脚踩油门、换档、脚刹、倒车等的操作的状态，其所对应的数字或模拟信号传送到PLC中，PLC通过程序处理，再将所需信号传送到变频器的控制板的接线端子，对变频器进行自动控制，变频器按照所设定的功能参数实现相应的功能。变频器采用矢量转矩控制，满足汽车系统的低频大转矩输出、高速动态特性，使三相异步电动机带动轮轴快速、平滑的起动、运行、停止（没有冲击力），半坡起动力矩可以达到200%，达到混合动力电动汽车的设计要求，如图4所示。

　　5、 PI7000矢量变频器功能参数设置及其说明

　　表1示出变频器参数设置及其说明

　　6、 PI7000矢量变频器在混合动力电动气车系统中的调试步骤

　　6.1实验室调试

　　（1）空载测试

　　将直流311V接入变频器的输入端，设置相应的功能参数，运行至50Hz，用整流式指针万用表测三相输出电压正常；键盘监视的直流母线电压值与用万用表实测的值一致，否则通过修改功能参数L01进行校正。

　　（2）带载测试

　　待机状态，将电机的输入线接至变频器的输出端，无误后上电。频率一点点升至满频，用万用表测试三相输出电压是否平衡，用嵌流表测电机的三相输出电流是否平衡，观察键盘各监视：输出频率、输出电流、输出电流百分比、电机转速、IGBT温度等是否有异常；调整功能参数L01，将输出电流百分比调准，即变频器输出的电流与键盘监视的电流相一致；调整电源板上的参数位R35、R37，使变频器达到2.6倍的额定电流时跳过流保护。断电，将速度传感器的接线与变频器的PG卡端子一一对应接好。

　　（3）电机参数测量

　　上电将功能参数b13设为有效，变频器即开始自动测量电机的定子电阻，转子电阻，电机漏感，电机励磁电感等参数并自动存储到b05-b09中。

　　（4）PG的方向确定

　　设置功能参数：F01设为2，即带PG的矢量控制模式；F02设为5Hz，即给定频率为5Hz，F09设为5S，即加速时间为5S，F10设为5S，即减速时间为5S。然后手动运行，如果电机可以正常运行到5Hz，表示b12PG旋转方向设定正确；如果电机只能运行在1Hz以下，表示PG旋转方向需要通过 b12进行校正。

　　（5）电机方向确定

　　给定正转运行命令，如果电机正传，表示电机方向设定正确；如果电机反转，表示电机方向与命令方向相反，需要更改端子的命令，将FWD和REV的接线端子对调。

　　（6）上述测试如有异常，立即查找原因并排除故障。

　　6.2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）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。PI7000矢量变频器的故障与异常处理，可见表2。