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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