節(jié)能型交流驅(qū)動系統(tǒng)在電動車中的應(yīng)用

    在電動車中，蓄電池和電驅(qū)動系統(tǒng)是兩個關(guān)鍵，它們的技術(shù)水平很大程度上決定著電動車的主要性能。不同于一般工業(yè)和家用電驅(qū)動系統(tǒng)，在電動車上，不論是采用何種方式供給電能，能量都是有限的，因此為滿足電動車的特殊性，新型的電驅(qū)動系統(tǒng)中的電機(jī)和功率變換裝置應(yīng)滿足以下一些基本要求：①高效率；②體積小重量輕；③高起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)；④良好的調(diào)速性能和可控制性；⑤可靠性一定要高，使用壽命必須盡可能長，少維護(hù)甚至是不維護(hù)；⑥降低噪聲和減小振動，改善舒適性。

　　目前，我國電動車電驅(qū)動系統(tǒng)仍以直流電機(jī)驅(qū)動為主，普遍采用從蓄電池到功率變換器再到驅(qū)動電機(jī)的單向能量傳遞方式，它存在著很多不足。具體而言，直流電機(jī)雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、可控制性好、調(diào)速范圍寬、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)較大、控制電路相對簡單、成本較低等優(yōu)點，但它的缺點同樣不可忽視。有刷直流電機(jī)由于存在著機(jī)械換向部件電刷或換向器，很容易導(dǎo)致火花，噪聲和震動嚴(yán)重，電磁干擾問題突出，而且電刷或換向器的維護(hù)比較困難，使用壽命較短，此外，電機(jī)的體積十分龐大，造成有限空間的浪費；無刷直流電機(jī)雖然克服了有刷電機(jī)的一些缺陷，但它的轉(zhuǎn)子位置檢測困難，整機(jī)價格頗高，性價比相對較低。再從系統(tǒng)效率角度來看，由于絕大多數(shù)系統(tǒng)采用單向功率傳遞，使得車輛在剎車減速或下坡滑行時白白地浪費了大量能量。此外，電刷、換向器等的機(jī)械震動、摩擦，也造成了系統(tǒng)效率的降低。因此，本文針對以上問題，結(jié)合電驅(qū)動系統(tǒng)的基本要求，提出一種新型的ZCZVS升壓DC-DC雙向變換器與變頻器相結(jié)合來驅(qū)動鼠籠型異步電動機(jī)的節(jié)能型電動車交流驅(qū)動系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)設(shè)計要求和總體設(shè)計

　　該系統(tǒng)主要作為電動摩托車等輕型電動車輛的驅(qū)動裝置，其基本技術(shù)參數(shù)如下：輸入電壓為直流36V；直流變換器輸出電壓Vo為直流150V；驅(qū)動電機(jī)容量不大于300W；實現(xiàn)減速、剎車能量可回饋功能；實現(xiàn)加減速可調(diào)、軟啟動功能；具有過流、過壓、欠壓保護(hù)功能等。

　　節(jié)能型電動車交流驅(qū)動系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1所示，它包括蓄電池V5、ZCZVS升壓DC-DC變換器、三相橋式逆變電路、交流異步電機(jī)和相應(yīng)的控制、檢測單元。高頻電感L和電子開關(guān)Su構(gòu)成升壓DC-DC變換器，為由S1~S6構(gòu)成的變頻調(diào)速器的逆變器提供輸入電壓，電容Csu為緩沖電容，反并聯(lián)二極管Dsu可以在能量回饋模式下進(jìn)行續(xù)流；Sd為能量回饋控制開關(guān)，用于控制能量的流向和大小，電容Csd為緩沖電容，反并聯(lián)二極管Dsd可以在電動運(yùn)行模式下進(jìn)行續(xù)流。當(dāng)車輛處于剎車減速或下坡滑行時，交流電機(jī)端反電勢將大于逆變器額定輸入電壓而處于發(fā)電狀態(tài)，那么檢測單元動作，它封鎖了升壓電路的電子開關(guān)Su，同時打開能量回饋開關(guān)Sd，系統(tǒng)的能量被反饋到電源側(cè)。三相橋式逆變電路工作于VVVF模式下，當(dāng)車輛根據(jù)需求要進(jìn)行加、減速調(diào)節(jié)時，只需在給定的速度調(diào)節(jié)指令下，改變變頻調(diào)速電路控制，即可實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。另外，以鼠籠型異步電機(jī)作驅(qū)動電機(jī)，從結(jié)構(gòu)上克服了直流電機(jī)存在的不足，減少了維護(hù)工作，提高了整機(jī)系統(tǒng)容量和轉(zhuǎn)速，大大改善了可靠性和效率。