隨著變頻器技術(shù)的不斷發(fā)展成熟,還有節(jié)能需求與城市環(huán)保的呼聲中,電動汽車,特別是城市公交混合動力電動汽車得到迅速發(fā)展,汽車驅(qū)動用變頻器成為汽車動力系統(tǒng)的未來趨勢。
電動汽車驅(qū)動方式主要有直流(有刷)電機驅(qū)動系統(tǒng),異步電機驅(qū)動系統(tǒng),直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng),永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)和開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)。
各種驅(qū)動系統(tǒng)中變頻器的控制方法因電機不同而各異,驅(qū)動系統(tǒng)的特性也各有其優(yōu)點和不足?;\型異步電機用于電動汽車驅(qū)動,具有結(jié)構(gòu)簡單,堅固耐用,成本低廉,運行可靠,轉(zhuǎn)矩脈動低,噪聲低,轉(zhuǎn)速極限高等到優(yōu)點,加之其調(diào)速控制技術(shù)比較成熟,因而相對直流有刷電機驅(qū)動系統(tǒng)有比較明顯的優(yōu)勢。
而永磁無刷直流電動機系統(tǒng)具有更高的效率和功率密度,其矢量變頻調(diào)速控制技術(shù)也逐漸成熟,能量回饋也更加簡便,適合于電動汽車的驅(qū)動控制。但也存在成本較高,功率容量較小,易產(chǎn)生噪聲各轉(zhuǎn)矩波動,轉(zhuǎn)速因電動勢而受限等問題。
汽車驅(qū)動用變頻器的設(shè)計或選型考慮電動汽車的特殊情況。電動汽車電源是蓄電池,蓄電池供電的特點是電壓波動大,內(nèi)阻大。以一組鋰離子電池為例,其開路電壓隨其放電率可以從400V降到320V;當(dāng)負荷輸出為80KW時,在常溫下,端電壓將降至266V。
在低溫時,電池容量將會降低,內(nèi)阻0°C時的電阻比25°C時大2倍多。因此低溫運行時,電壓還會進一步降低。
因此,逆變器設(shè)計時,考慮在這樣的直流電源波動下仍能輸出所需的逆變電壓及功率。同時要研究一些能使變頻器輸出電壓得以提高PWM技術(shù)。比如應(yīng)用三次諧波疊加技術(shù),就可獲得比常規(guī)的PWM技術(shù)高約15%的輸出電壓。
此外,還有3個問題應(yīng)在設(shè)計時加以注意并采取相應(yīng)措施:
一是在低電池電壓下,要把蓄電池的全部能量都用上時,要有輸出功率的限制措施;二是在電池滿充電時,特別是在低溫下,對再生制動轉(zhuǎn)矩要加以限制,以防止引起大的電壓升高;三是要考慮到電池的充放壽命周期對電池的功率及內(nèi)阻造成的影響。即使是使用鋰離子電池,在1000次充放電周期之后,電池容量也會降到80%。
對于車輛驅(qū)動用交流電機的變頻控制方案,目前國內(nèi)外普遍采用的是VVVF(恒壓頻比)和DTC(直接轉(zhuǎn)矩控制)。恒壓頻比控制的優(yōu)點是控制簡單,容易實現(xiàn)。缺點是屬于開環(huán)控制方式,動態(tài)性能不好,電源電壓利用率低,在用于同步機時容易因突加負載或轉(zhuǎn)速指令突變而發(fā)生失步現(xiàn)象。
直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC),通過檢測到的定子電壓和電流,借助瞬時空間矢量理論計算電機的轉(zhuǎn)矩和磁鏈,并根據(jù)與給定值比較得到的差值,實現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。DTC控制提出的主要應(yīng)用場合就是牽引車控制,在轉(zhuǎn)矩脈動和控制精度要求低的場合也能滿足系統(tǒng)性能要求,如輸出扭矩,動態(tài)響應(yīng)。但是對于系統(tǒng)控制性能指標要求高的DTC控制仍需要進一步研究。
矢量控制技術(shù)作為交流異步電機控制的一種方式,已成為高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)的方案。