變頻器在電動汽車中的應(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，電動汽車，特別是城市公交混合動力電動汽車得到迅速發(fā)展，汽車驅(qū)動用變頻器成為汽車動力系統(tǒng)的未來趨勢。

    電動汽車驅(qū)動方式主要有直流（有刷）電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，直流無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。各種驅(qū)動系統(tǒng)中變頻器的控制方法因電機(jī)不同而各異，驅(qū)動系統(tǒng)的特性也各有其優(yōu)點(diǎn)和不足。籠型異步電機(jī)用于電動汽車驅(qū)動，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)動系統(tǒng)有比較明顯的優(yōu)勢。而永磁無刷直流電動機(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，適合于電動汽車的驅(qū)動控制。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，最高轉(zhuǎn)速因電動勢而受限等問題。

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

    對于車輛驅(qū)動用交流電機(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，動態(tài)性能不好，電源電壓利用率低，在用于同步機(jī)時容易因突加負(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。