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技術頻道

VACON變頻器輕型電動卡車上的應用

  1 引言
  隨著能源和環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、能源多樣化等優點得以迅速發展。電動汽車作為一種交通工具,工作環境復雜多變,其電機驅動系統需要滿足高可靠性、高效率、調速性能好、造價低等性能要求。
  2 電動卡車的運行特性分析
  電動卡車運行工況分析基于逆變器—電機系統設計基礎,主要包括特征工況分析和典型工況分析。由電動卡車運行工況分析可得出電動卡車對逆變器—電機系統的要求,同時可確定逆變器—電機系統的相關動態特性。
  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平衡方程為:
  Fd=Fr+Fw+Fs+Fa(2—1)
  式中:Fd為電動卡車運行所需驅動力:Fd=(M2*ig*ηm)/(1/2D)。式中:M2為電機軸輸出電磁轉矩;ig為傳動比,取為10;ηm為機械傳動效率;D為車輪直徑。
  Fr為運行阻力;Fw為空氣阻力;Fs為斜坡阻力;Fa為加速阻力。
  (2)電機的基本工作參數為:
  電機軸輸出功率P2=Fd*V/ηm(2—2)
  電機轉速n=60/∏*ig*V/D(2—3)
  電機軸輸出轉矩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—電機系統的快速性。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(電機軸輸出功率);
  (2)加速性能:用于決定電機的最大輸出功率。并以此決定電機最大功率(電機軸輸出功率);
  (3)最大爬坡度:用于決定電機的最大輸出轉矩。根據工況要求,最大爬坡度為15%;
  (4)最高車速:用于決定電機穩定持續輸出功率和電機最高轉速。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,電機穩定持續輸出功率不低于22kW(電機軸輸出功率)。
  系統要求:
  (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)通過正反轉按鈕實現電動卡車的前進和后退。后退時做轉速限制,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對應最低車速,4V對應最高車速。
  根據電動卡車工況特點,通過參數設置將電機控制在最大轉矩工作曲線下,使車輛在低速時也能輸出足夠大的轉矩,以滿足車載要求。
  此外,Vacon變頻器具有開環速度控制方式,可進行轉矩補償,并滿足低速大轉矩輸出要求。
  設置相關控制參數如下(選用vacon多目標控制應用宏):
  (1)正確設置電機銘牌數值參數,包括:電機額定電壓參數P2.1.6,電機額定頻率參數P2.1.7,電機額定速度參數P2.1.8,電機額定電流參數P2.1.9,電機功率因素cosphi參數P2.1.10;
  (2)設置正反轉頻率限制參數,包括:電機反轉頻率限制參數P2.6.19,電機正轉頻率限制參數P2.6.20;
  (3)電機最大電流限制參數P2.1.5,保證電機在重載負荷時,限制最大輸出轉矩,保證變頻器的穩定連續工作;
  (4)由于電動卡車工況經常在加速和剎車之間切換,因此將啟動方式P2.4.6設置為飛車啟動;
  (5)相比于傳統汽車,電動卡車可以在制動過程中將電機控制于發電狀態(設置停止參數P2.4.7),從而實現能量回收,達到節約電能并增加車輛續駛里程的目的;
  (6)設定啟動加減速時間參數以達到舒適的啟動停止控制,包括:加速時間參數P2.1.3,減速時間參數P2.1.4。
  4 總結
  隨著能源緊缺和環境問題的越來越突出,電動卡車已成為研究熱點,國內外汽車廠家均已推出各自的電動卡車。Vacon變頻器以其優良的性能和開放的編程平臺,為該領域用戶提供了完美的驅動系統解決方案。在電動卡車行業中,Vacon變頻器會有更廣的應用。

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