變頻器在電動汽車中的應用

    隨著變頻器技術的不斷發(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，汽車驅動用變頻器成為汽車動力系統的未來趨勢。

    電動汽車驅動方式主要有直流（有刷）電機驅動系統，異步電機驅動系統，直流無刷電機驅動系統，永磁同步電機驅動系統和開關磁阻電機驅動系統。各種驅動系統中變頻器的控制方法因電機不同而各異，驅動系統的特性也各有其優(yōu)點和不足。籠型異步電機用于電動汽車驅動，具有結構簡單，堅固耐用，成本低廉，運行可靠，轉矩脈動低，噪聲低，轉速極限高等到優(yōu)點，加之其調速控制技術比較成熟，因而相對直流有刷電機驅動系統有比較明顯的優(yōu)勢。而永磁無刷直流電動機系統具有更高的效率和功率密度，其矢量變頻調速控制技術也逐漸成熟，能量回饋也更加簡便，適合于電動汽車的驅動控制。但也存在成本較高，功率容量較小，易產生噪聲各轉矩波動，最高轉速因電動勢而受限等問題。

    汽車驅動用變頻器的設計或選型必須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，逆變器設計時，必須考慮在這樣的直流電源波動下仍能輸出最大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。比如應用三次諧波疊加技術，就可獲得比常規(guī)的PWM技術高約15%的輸出電壓。此外，還有3個問題應在設計時加以注意并采取相應措施：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%。

    對于車輛驅動用交流電機的變頻控制方案，目前國內外普遍采用的是VVVF（恒壓頻比）和DTC（直接轉矩控制）。恒壓頻比控制的優(yōu)點是控制簡單，容易實現。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速指令突變而發(fā)生失步現象。直接轉矩控制（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矩和磁鏈，并根據與給定值比較得到的差值，實現磁鏈和轉矩的直接控制。DTC控制提出的主要應用場合就是牽引車控制，在轉矩脈動和控制精度要求低的場合也能滿足系統性能要求，如輸出扭矩，動態(tài)響應。但是對于系統控制性能指標要求高的DTC控制仍需要進一步研究。

    矢量控制技術作為交流異步電機控制的一種方式，已成為高性能變頻調速系統的首選方案。