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应用案例
VACON变频器轻型电动卡车上的应用

 1 引言

    随着能源和环境问题日益受到重视,电动汽车以其清洁无污染、能量效率高、低噪声、能源多样化等优点得以迅速发展。电动汽车作为一种交通工具,工作环境复杂多变,其电机驱动系统需要满足高可靠性、高效率、调速性能好、造价低等性能要求。

    2 电动卡车的运行特性分析

    电动卡车运行工况分析基于逆变器—电机系统设计基础,主要包括特征工况分析和典型工况分析。由电动卡车运行工况分析可得出电动卡车对逆变器—电机系统的要求,同时可确定逆变器—电机系统的相关动态特性。

    2.1电动卡车的动力特性分析

    (1)电动卡车行驶过程中的动态平衡方程为:

    Fd=Fr+Fw+Fs+Fa(2—1)

    式中:Fd为电动卡车运行所需驱动力:Fd=(M2*ig*ηm)/(1/2D)。式中:M2为电机轴输出电磁转矩;ig为传动比,取为10;ηm为机械传动效率;D为车轮直径。

    Fr为运行阻力;Fw为空气阻力;Fs为斜坡阻力;Fa为加速阻力。

    (2)电机的基本工作参数为:

    电机轴输出功率P2=Fd*V/ηm(2—2)

    电机转速n=60/∏*ig*V/D(2—3)

    电机轴输出转矩M2=9550P2/n(2—4)

    2.2电动卡车的特性工况分析

    (1)起动性能:用于决定变频器—电机系统的快速性。为满足车辆冷起动加速时间不超时,要求牵引逆变器瞬时输出最小功率(电机轴输出功率);

    (2)加速性能:用于决定电机的最大输出功率。并以此决定电机最大功率(电机轴输出功率);

    (3)最大爬坡度:用于决定电机的最大输出转矩。根据工况要求,最大爬坡度为15%;

    (4)最高车速:用于决定电机稳定持续输出功率和电机最高转速。为满足最高车速要求,变频器最高输出频率为112Hz;为满足车辆以最高车速长时间匀速行驶的要求,电机稳定持续输出功率不低于22kW(电机轴输出功率)。

    系统要求:

    (1)通过起/停按钮控制电动车的起动和停止,起动时按谐波加速到给定转速,停车时回馈制动,将电动车的动能回收到蓄电池中;

    (2)通过正反转按钮实现电动卡车的前进和后退。后退时做转速限制,防止后退速度过快造成事故;

    (3)电动卡车的车速参考值为电动踏板的模拟信号,1V对应最低车速,4V对应最高车速。

    根据电动卡车工况特点,通过参数设置将电机控制在最大转矩工作曲线下,使车辆在低速时也能输出足够大的转矩,以满足车载要求。

此外,Vacon变频器具有开环速度控制方式,可进行转矩补偿,并满足低速大转矩输出要求。

    设置相关控制参数如下(选用vacon多目标控制应用宏):

    (1)正确设置电机铭牌数值参数,包括:电机额定电压参数P2.1.6,电机额定频率参数P2.1.7,电机额定速度参数P2.1.8,电机额定电流参数P2.1.9,电机功率因素cosphi参数P2.1.10;

    (2)设置正反转频率限制参数,包括:电机反转频率限制参数P2.6.19,电机正转频率限制参数P2.6.20;

    (3)电机最大电流限制参数P2.1.5,保证电机在重载负荷时,限制最大输出转矩,保证变频器的稳定连续工作;

    (4)由于电动卡车工况经常在加速和刹车之间切换,因此将启动方式P2.4.6设置为飞车启动;

    (5)相比于传统汽车,电动卡车可以在制动过程中将电机控制于发电状态(设置停止参数P2.4.7),从而实现能量回收,达到节约电能并增加车辆续驶里程的目的;

    (6)设定启动加减速时间参数以达到舒适的启动停止控制,包括:加速时间参数P2.1.3,减速时间参数P2.1.4。

    4 总结

    随着能源紧缺和环境问题的越来越突出,电动卡车已成为研究热点,国内外汽车厂家均已推出各自的电动卡车。Vacon变频器以其优良的性能和开放的编程平台,为该领域用户提供了完美的驱动系统解决方案。在电动卡车行业中,Vacon变频器会有更广的应用。