VACON變頻器輕型電動(dòng)卡車(chē)上的應(yīng)用
1 引言
隨著能源和環(huán)境問(wèn)題日益受到重視，電動(dòng)汽車(chē)以其清潔無(wú)污染、能量效率高、低噪聲、能源多樣化等優(yōu)點(diǎn)得以迅速發(fā)展。電動(dòng)汽車(chē)作為一種交通工具，工作環(huán)境復(fù)雜多變，其電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要滿(mǎn)足高可靠性、高效率、調(diào)速性能好、造價(jià)低等性能要求。
2 電動(dòng)卡車(chē)的運(yùn)行特性分析
電動(dòng)卡車(chē)運(yùn)行工況分析基于逆變器—電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，主要包括特征工況分析和典型工況分析。由電動(dòng)卡車(chē)運(yùn)行工況分析可得出電動(dòng)卡車(chē)對(duì)逆變器—電機(jī)系統(tǒng)的要求，同時(shí)可確定逆變器—電機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)動(dòng)態(tài)特性。
2.1電動(dòng)卡車(chē)的動(dòng)力特性分析
?。?）電動(dòng)卡車(chē)行駛過(guò)程中的動(dòng)態(tài)平衡方程為：
Fd=Fr+Fw+Fs+Fa（2—1）
式中：Fd為電動(dòng)卡車(chē)運(yùn)行所需驅(qū)動(dòng)力：Fd=(M2*ig*ηm)/(1/2D)。式中：M2為電機(jī)軸輸出電磁轉(zhuǎn)矩；ig為傳動(dòng)比，取為10；ηm為機(jī)械傳動(dòng)效率；D為車(chē)輪直徑。
Fr為運(yùn)行阻力；Fw為空氣阻力；Fs為斜坡阻力；Fa為加速阻力。
?。?）電機(jī)的基本工作參數(shù)為：
電機(jī)軸輸出功率P2=Fd*V/ηm（2—2）
電機(jī)轉(zhuǎn)速n=60/∏*ig*V/D（2—3）
電機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩M2=9550P2/n（2—4）
2.2電動(dòng)卡車(chē)的特性工況分析
（1）起動(dòng)性能：用于決定變頻器—電機(jī)系統(tǒng)的快速性。為滿(mǎn)足車(chē)輛冷起動(dòng)加速時(shí)間不超時(shí)，要求牽引逆變器瞬時(shí)輸出最小功率（電機(jī)軸輸出功率）；
?。?）加速性能：用于決定電機(jī)的最大輸出功率。并以此決定電機(jī)最大功率（電機(jī)軸輸出功率）；
?。?）最大爬坡度：用于決定電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩。根據(jù)工況要求，最大爬坡度為15%；
?。?）最高車(chē)速：用于決定電機(jī)穩(wěn)定持續(xù)輸出功率和電機(jī)最高轉(zhuǎn)速。為滿(mǎn)足最高車(chē)速要求，變頻器最高輸出頻率為112Hz；為滿(mǎn)足車(chē)輛以最高車(chē)速長(zhǎng)時(shí)間勻速行駛的要求，電機(jī)穩(wěn)定持續(xù)輸出功率不低于22kW（電機(jī)軸輸出功率）。
系統(tǒng)要求：
?。?）通過(guò)起/停按鈕控制電動(dòng)車(chē)的起動(dòng)和停止，起動(dòng)時(shí)按諧波加速到給定轉(zhuǎn)速，停車(chē)時(shí)回饋制動(dòng)，將電動(dòng)車(chē)的動(dòng)能回收到蓄電池中；
?。?）通過(guò)正反轉(zhuǎn)按鈕實(shí)現(xiàn)電動(dòng)卡車(chē)的前進(jìn)和后退。后退時(shí)做轉(zhuǎn)速限制，防止后退速度過(guò)快造成事故；
?。?）電動(dòng)卡車(chē)的車(chē)速參考值為電動(dòng)踏板的模擬信號(hào)，1V對(duì)應(yīng)最低車(chē)速，4V對(duì)應(yīng)最高車(chē)速。
根據(jù)電動(dòng)卡車(chē)工況特點(diǎn)，通過(guò)參數(shù)設(shè)置將電機(jī)控制在最大轉(zhuǎn)矩工作曲線下，使車(chē)輛在低速時(shí)也能輸出足夠大的轉(zhuǎn)矩，以滿(mǎn)足車(chē)載要求。
此外，Vacon變頻器具有開(kāi)環(huán)速度控制方式，可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，并滿(mǎn)足低速大轉(zhuǎn)矩輸出要求。
設(shè)置相關(guān)控制參數(shù)如下（選用vacon多目標(biāo)控制應(yīng)用宏）：
?。?）正確設(shè)置電機(jī)銘牌數(shù)值參數(shù)，包括：電機(jī)額定電壓參數(shù)P2.1.6，電機(jī)額定頻率參數(shù)P2.1.7，電機(jī)額定速度參數(shù)P2.1.8，電機(jī)額定電流參數(shù)P2.1.9，電機(jī)功率因素cosphi參數(shù)P2.1.10；
?。?）設(shè)置正反轉(zhuǎn)頻率限制參數(shù)，包括：電機(jī)反轉(zhuǎn)頻率限制參數(shù)P2.6.19，電機(jī)正轉(zhuǎn)頻率限制參數(shù)P2.6.20；
（3）電機(jī)最大電流限制參數(shù)P2.1.5，保證電機(jī)在重載負(fù)荷時(shí)，限制最大輸出轉(zhuǎn)矩，保證變頻器的穩(wěn)定連續(xù)工作；
（4）由于電動(dòng)卡車(chē)工況經(jīng)常在加速和剎車(chē)之間切換，因此將啟動(dòng)方式P2.4.6設(shè)置為飛車(chē)啟動(dòng)；
?。?）相比于傳統(tǒng)汽車(chē)，電動(dòng)卡車(chē)可以在制動(dòng)過(guò)程中將電機(jī)控制于發(fā)電狀態(tài)（設(shè)置停止參數(shù)P2.4.7），從而實(shí)現(xiàn)能量回收，達(dá)到節(jié)約電能并增加車(chē)輛續(xù)駛里程的目的；
?。?）設(shè)定啟動(dòng)加減速時(shí)間參數(shù)以達(dá)到舒適的啟動(dòng)停止控制，包括：加速時(shí)間參數(shù)P2.1.3，減速時(shí)間參數(shù)P2.1.4。
4 總結(jié)
隨著能源緊缺和環(huán)境問(wèn)題的越來(lái)越突出，電動(dòng)卡車(chē)已成為研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外汽車(chē)廠家均已推出各自的電動(dòng)卡車(chē)。Vacon變頻器以其優(yōu)良的性能和開(kāi)放的編程平臺(tái)，為該領(lǐng)域用戶(hù)提供了完美的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)解決方案。在電動(dòng)卡車(chē)行業(yè)中，Vacon變頻器會(huì)有更廣的應(yīng)用。
隨著能源和環(huán)境問(wèn)題日益受到重視，電動(dòng)汽車(chē)以其清潔無(wú)污染、能量效率高、低噪聲、能源多樣化等優(yōu)點(diǎn)得以迅速發(fā)展。電動(dòng)汽車(chē)作為一種交通工具，工作環(huán)境復(fù)雜多變，其電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要滿(mǎn)足高可靠性、高效率、調(diào)速性能好、造價(jià)低等性能要求。
2 電動(dòng)卡車(chē)的運(yùn)行特性分析
電動(dòng)卡車(chē)運(yùn)行工況分析基于逆變器—電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，主要包括特征工況分析和典型工況分析。由電動(dòng)卡車(chē)運(yùn)行工況分析可得出電動(dòng)卡車(chē)對(duì)逆變器—電機(jī)系統(tǒng)的要求，同時(shí)可確定逆變器—電機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)動(dòng)態(tài)特性。
2.1電動(dòng)卡車(chē)的動(dòng)力特性分析
?。?）電動(dòng)卡車(chē)行駛過(guò)程中的動(dòng)態(tài)平衡方程為：
Fd=Fr+Fw+Fs+Fa（2—1）
式中：Fd為電動(dòng)卡車(chē)運(yùn)行所需驅(qū)動(dòng)力：Fd=(M2*ig*ηm)/(1/2D)。式中：M2為電機(jī)軸輸出電磁轉(zhuǎn)矩；ig為傳動(dòng)比，取為10；ηm為機(jī)械傳動(dòng)效率；D為車(chē)輪直徑。
Fr為運(yùn)行阻力；Fw為空氣阻力；Fs為斜坡阻力；Fa為加速阻力。
?。?）電機(jī)的基本工作參數(shù)為：
電機(jī)軸輸出功率P2=Fd*V/ηm（2—2）
電機(jī)轉(zhuǎn)速n=60/∏*ig*V/D（2—3）
電機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩M2=9550P2/n（2—4）
2.2電動(dòng)卡車(chē)的特性工況分析
（1）起動(dòng)性能：用于決定變頻器—電機(jī)系統(tǒng)的快速性。為滿(mǎn)足車(chē)輛冷起動(dòng)加速時(shí)間不超時(shí)，要求牽引逆變器瞬時(shí)輸出最小功率（電機(jī)軸輸出功率）；
?。?）加速性能：用于決定電機(jī)的最大輸出功率。并以此決定電機(jī)最大功率（電機(jī)軸輸出功率）；
?。?）最大爬坡度：用于決定電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩。根據(jù)工況要求，最大爬坡度為15%；
?。?）最高車(chē)速：用于決定電機(jī)穩(wěn)定持續(xù)輸出功率和電機(jī)最高轉(zhuǎn)速。為滿(mǎn)足最高車(chē)速要求，變頻器最高輸出頻率為112Hz；為滿(mǎn)足車(chē)輛以最高車(chē)速長(zhǎng)時(shí)間勻速行駛的要求，電機(jī)穩(wěn)定持續(xù)輸出功率不低于22kW（電機(jī)軸輸出功率）。
系統(tǒng)要求：
?。?）通過(guò)起/停按鈕控制電動(dòng)車(chē)的起動(dòng)和停止，起動(dòng)時(shí)按諧波加速到給定轉(zhuǎn)速，停車(chē)時(shí)回饋制動(dòng)，將電動(dòng)車(chē)的動(dòng)能回收到蓄電池中；
?。?）通過(guò)正反轉(zhuǎn)按鈕實(shí)現(xiàn)電動(dòng)卡車(chē)的前進(jìn)和后退。后退時(shí)做轉(zhuǎn)速限制，防止后退速度過(guò)快造成事故；
?。?）電動(dòng)卡車(chē)的車(chē)速參考值為電動(dòng)踏板的模擬信號(hào)，1V對(duì)應(yīng)最低車(chē)速，4V對(duì)應(yīng)最高車(chē)速。
根據(jù)電動(dòng)卡車(chē)工況特點(diǎn)，通過(guò)參數(shù)設(shè)置將電機(jī)控制在最大轉(zhuǎn)矩工作曲線下，使車(chē)輛在低速時(shí)也能輸出足夠大的轉(zhuǎn)矩，以滿(mǎn)足車(chē)載要求。
此外，Vacon變頻器具有開(kāi)環(huán)速度控制方式，可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，并滿(mǎn)足低速大轉(zhuǎn)矩輸出要求。
設(shè)置相關(guān)控制參數(shù)如下（選用vacon多目標(biāo)控制應(yīng)用宏）：
?。?）正確設(shè)置電機(jī)銘牌數(shù)值參數(shù)，包括：電機(jī)額定電壓參數(shù)P2.1.6，電機(jī)額定頻率參數(shù)P2.1.7，電機(jī)額定速度參數(shù)P2.1.8，電機(jī)額定電流參數(shù)P2.1.9，電機(jī)功率因素cosphi參數(shù)P2.1.10；
?。?）設(shè)置正反轉(zhuǎn)頻率限制參數(shù)，包括：電機(jī)反轉(zhuǎn)頻率限制參數(shù)P2.6.19，電機(jī)正轉(zhuǎn)頻率限制參數(shù)P2.6.20；
（3）電機(jī)最大電流限制參數(shù)P2.1.5，保證電機(jī)在重載負(fù)荷時(shí)，限制最大輸出轉(zhuǎn)矩，保證變頻器的穩(wěn)定連續(xù)工作；
（4）由于電動(dòng)卡車(chē)工況經(jīng)常在加速和剎車(chē)之間切換，因此將啟動(dòng)方式P2.4.6設(shè)置為飛車(chē)啟動(dòng)；
?。?）相比于傳統(tǒng)汽車(chē)，電動(dòng)卡車(chē)可以在制動(dòng)過(guò)程中將電機(jī)控制于發(fā)電狀態(tài)（設(shè)置停止參數(shù)P2.4.7），從而實(shí)現(xiàn)能量回收，達(dá)到節(jié)約電能并增加車(chē)輛續(xù)駛里程的目的；
?。?）設(shè)定啟動(dòng)加減速時(shí)間參數(shù)以達(dá)到舒適的啟動(dòng)停止控制，包括：加速時(shí)間參數(shù)P2.1.3，減速時(shí)間參數(shù)P2.1.4。
4 總結(jié)
隨著能源緊缺和環(huán)境問(wèn)題的越來(lái)越突出，電動(dòng)卡車(chē)已成為研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外汽車(chē)廠家均已推出各自的電動(dòng)卡車(chē)。Vacon變頻器以其優(yōu)良的性能和開(kāi)放的編程平臺(tái)，為該領(lǐng)域用戶(hù)提供了完美的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)解決方案。在電動(dòng)卡車(chē)行業(yè)中，Vacon變頻器會(huì)有更廣的應(yīng)用。
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