變頻器在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用

    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(dòng)汽車，特別是城市公交混合動(dòng)力電動(dòng)汽車得到迅速發(fā)展，汽車驅(qū)動(dòng)用變頻器成為汽車動(dòng)力系統(tǒng)的未來趨勢。

    電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)方式主要有直流（有刷）電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中變頻器的控制方法因電機(jī)不同而各異，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特性也各有其優(yōu)點(diǎn)和不足�；\型異步電機(jī)用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固耐用，成本低廉，運(yùn)行可靠，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低，噪聲低，轉(zhuǎn)速極限高等到優(yōu)點(diǎn)，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(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有比較明顯的優(yōu)勢。而永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)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(dòng)，最高轉(zhuǎn)速因電動(dòng)勢而受限等問題。

    汽車驅(qū)動(dòng)用變頻器的設(shè)計(jì)或選型必須考慮電動(dòng)汽車的特殊情況。電動(dòng)汽車電源是蓄電池，蓄電池供電的特點(diǎn)是電壓波動(dòng)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(fù)荷輸出為80KW時(shí)，在常溫下，端電壓將降至266V。在低溫時(shí)，電池容量將會(huì)降低，內(nèi)阻0°C時(shí)的電阻比25°C時(shí)大2倍多。因此低溫運(yùn)行時(shí)，電壓還會(huì)進(jìn)一步降低。因此，逆變器設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮在這樣的直流電源波動(dòng)下仍能輸出最大所需的逆變電壓及功率。同時(shí)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(gè)問題應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)，要有輸出功率的限制措施；二是在電池滿充電時(shí)，特別是在低溫下，對再生制動(dòng)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(huì)降到80%。

    對于車輛驅(qū)動(dòng)用交流電機(jī)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(diǎn)是控制簡單，容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是屬于開環(huán)控制方式，動(dòng)態(tài)性能不好，電源電壓利用率低，在用于同步機(jī)時(shí)容易因突加負(fù)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(shí)空間矢量理論計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈，并根據(jù)與給定值比較得到的差值，實(shí)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(dòng)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(dòng)態(tài)響應(yīng)。但是對于系統(tǒng)控制性能指標(biāo)要求高的DTC控制仍需要進(jìn)一步研究。

    矢量控制技術(shù)作為交流異步電機(jī)控制的一種方式，已成為高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)的首選方案。