VACON變頻器輕型電動卡車上的應(yīng)用
1 引言
隨著能源和環(huán)境問題日益受到重視，電動汽車以其清潔無污染、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。電動汽車作為一種交通工具，工作環(huán)境復(fù)雜多變，其電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)需要滿足高可靠性、高效率、調(diào)速性能好、造價低等性能要求。
2 電動卡車的運(yùn)行特性分析
電動卡車運(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。由電動卡車運(yùn)行工況分析可得出電動卡車對逆變器—電機(jī)系統(tǒng)的要求，同時可確定逆變器—電機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)動態(tài)特性。
2.1電動卡車的動力特性分析
（1）電動卡車行駛過程中的動態(tài)平衡方程為：
Fd=Fr+Fw+Fs+Fa（2—1）
式中：Fd為電動卡車運(yùn)行所需驅(qū)動力：Fd=(M2*ig*ηm)/(1/2D)。式中：M2為電機(jī)軸輸出電磁轉(zhuǎn)矩；ig為傳動比，取為10；ηm為機(jī)械傳動效率；D為車輪直徑。
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。
（2）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電動卡車的特性工況分析
（1）起動性能：用于決定變頻器—電機(jī)系統(tǒng)的快速性。為滿足車輛冷起動加速時間不超時，要求牽引逆變器瞬時輸出最小功率（電機(jī)軸輸出功率）；
（2）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）；
（3）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%；
（4）最高車速：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。為滿足最高車速要求，變頻器最高輸出頻率為112Hz；為滿足車輛以最高車速長時間勻速行駛的要求，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：
（1）通過起/停按鈕控制電動車的起動和停止，起動時按諧波加速到給定轉(zhuǎn)速，停車時回饋制動，將電動車的動能回收到蓄電池中；
（2）通過正反轉(zhuǎn)按鈕實(shí)現(xiàn)電動卡車的前進(jìn)和后退。后退時做轉(zhuǎn)速限制，防止后退速度過快造成事故；
（3）電動卡車的車速參考值為電動踏板的模擬信號，1V對應(yīng)最低車速，4V對應(yīng)最高車速。
根據(jù)電動卡車工況特點(diǎn)，通過參數(shù)設(shè)置將電機(jī)控制在最大轉(zhuǎn)矩工作曲線下，使車輛在低速時也能輸出足夠大的轉(zhuǎn)矩，以滿足車載要求。
此外，Vacon變頻器具有開環(huán)速度控制方式，可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，并滿足低速大轉(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）：
（1）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；
（2）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，限制最大輸出轉(zhuǎn)矩，保證變頻器的穩(wěn)定連續(xù)工作；
（4）由于電動卡車工況經(jīng)常在加速和剎車之間切換，因此將啟動方式P2.4.6設(shè)置為飛車啟動；
（5）相比于傳統(tǒng)汽車，電動卡車可以在制動過程中將電機(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)約電能并增加車輛續(xù)駛里程的目的；
（6）設(shè)定啟動加減速時間參數(shù)以達(dá)到舒適的啟動停止控制，包括：加速時間參數(shù)P2.1.3，減速時間參數(shù)P2.1.4。
4 總結(jié)
隨著能源緊缺和環(huán)境問題的越來越突出，電動卡車已成為研究熱點(diǎn)，國內(nèi)外汽車廠家均已推出各自的電動卡車。Vacon變頻器以其優(yōu)良的性能和開放的編程平臺，為該領(lǐng)域用戶提供了完美的驅(qū)動系統(tǒng)解決方案。在電動卡車行業(yè)中，Vacon變頻器會有更廣的應(yīng)用。
隨著能源和環(huán)境問題日益受到重視，電動汽車以其清潔無污染、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。電動汽車作為一種交通工具，工作環(huán)境復(fù)雜多變，其電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)需要滿足高可靠性、高效率、調(diào)速性能好、造價低等性能要求。
2 電動卡車的運(yùn)行特性分析
電動卡車運(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。由電動卡車運(yùn)行工況分析可得出電動卡車對逆變器—電機(jī)系統(tǒng)的要求，同時可確定逆變器—電機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)動態(tài)特性。
2.1電動卡車的動力特性分析
（1）電動卡車行駛過程中的動態(tài)平衡方程為：
Fd=Fr+Fw+Fs+Fa（2—1）
式中：Fd為電動卡車運(yùn)行所需驅(qū)動力：Fd=(M2*ig*ηm)/(1/2D)。式中：M2為電機(jī)軸輸出電磁轉(zhuǎn)矩；ig為傳動比，取為10；ηm為機(jī)械傳動效率；D為車輪直徑。
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。
（2）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電動卡車的特性工況分析
（1）起動性能：用于決定變頻器—電機(jī)系統(tǒng)的快速性。為滿足車輛冷起動加速時間不超時，要求牽引逆變器瞬時輸出最小功率（電機(jī)軸輸出功率）；
（2）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）；
（3）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%；
（4）最高車速：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。為滿足最高車速要求，變頻器最高輸出頻率為112Hz；為滿足車輛以最高車速長時間勻速行駛的要求，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：
（1）通過起/停按鈕控制電動車的起動和停止，起動時按諧波加速到給定轉(zhuǎn)速，停車時回饋制動，將電動車的動能回收到蓄電池中；
（2）通過正反轉(zhuǎn)按鈕實(shí)現(xiàn)電動卡車的前進(jìn)和后退。后退時做轉(zhuǎn)速限制，防止后退速度過快造成事故；
（3）電動卡車的車速參考值為電動踏板的模擬信號，1V對應(yīng)最低車速，4V對應(yīng)最高車速。
根據(jù)電動卡車工況特點(diǎn)，通過參數(shù)設(shè)置將電機(jī)控制在最大轉(zhuǎn)矩工作曲線下，使車輛在低速時也能輸出足夠大的轉(zhuǎn)矩，以滿足車載要求。
此外，Vacon變頻器具有開環(huán)速度控制方式，可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，并滿足低速大轉(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）：
（1）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；
（2）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，限制最大輸出轉(zhuǎn)矩，保證變頻器的穩(wěn)定連續(xù)工作；
（4）由于電動卡車工況經(jīng)常在加速和剎車之間切換，因此將啟動方式P2.4.6設(shè)置為飛車啟動；
（5）相比于傳統(tǒng)汽車，電動卡車可以在制動過程中將電機(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)約電能并增加車輛續(xù)駛里程的目的；
（6）設(shè)定啟動加減速時間參數(shù)以達(dá)到舒適的啟動停止控制，包括：加速時間參數(shù)P2.1.3，減速時間參數(shù)P2.1.4。
4 總結(jié)
隨著能源緊缺和環(huán)境問題的越來越突出，電動卡車已成為研究熱點(diǎn)，國內(nèi)外汽車廠家均已推出各自的電動卡車。Vacon變頻器以其優(yōu)良的性能和開放的編程平臺，為該領(lǐng)域用戶提供了完美的驅(qū)動系統(tǒng)解決方案。在電動卡車行業(yè)中，Vacon變頻器會有更廣的應(yīng)用。
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