節能型交流驅動系統在電動車中的應用

    在電動車中，蓄電池和電驅動系統是兩個關鍵，它們的技術水平很大程度上決定著電動車的主要性能。不同于一般工業和家用電驅動系統，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，新型的電驅動系統中的電機和功率變換裝置應滿足以下一些基本要求：①高效率；②體積小重量輕；③高起動轉矩倍數；④良好的調速性能和可控制性；⑤可靠性一定要高，使用壽命必須盡可能長，少維護甚至是不維護；⑥降低噪聲和減小振動，改善舒適性。

　　目前，我國電動車電驅動系統仍以直流電機驅動為主，普遍采用從蓄電池到功率變換器再到驅動電機的單向能量傳遞方式，它存在著很多不足。具體而言，直流電機雖然具有結構簡單、可控制性好、調速范圍寬、起動轉矩倍數較大、控制電路相對簡單、成本較低等優點，但它的缺點同樣不可忽視。有刷直流電機由于存在著機械換向部件電刷或換向器，很容易導致火花，噪聲和震動嚴重，電磁干擾問題突出，而且電刷或換向器的維護比較困難，使用壽命較短，此外，電機的體積十分龐大，造成有限空間的浪費；無刷直流電機雖然克服了有刷電機的一些缺陷，但它的轉子位置檢測困難，整機價格頗高，性價比相對較低。再從系統效率角度來看，由于絕大多數系統采用單向功率傳遞，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、換向器等的機械震動、摩擦，也造成了系統效率的降低。因此，本文針對以上問題，結合電驅動系統的基本要求，提出一種新型的ZCZVS升壓DC-DC雙向變換器與變頻器相結合來驅動鼠籠型異步電動機的節能型電動車交流驅動系統。

　　系統設計要求和總體設計

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

　　節能型電動車交流驅動系統的基本構成如圖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、交流異步電機和相應的控制、檢測單元。高頻電感L和電子開關Su構成升壓DC-DC變換器，為由S1~S6構成的變頻調速器的逆變器提供輸入電壓，電容Csu為緩沖電容，反并聯二極管Dsu可以在能量回饋模式下進行續流；Sd為能量回饋控制開關，用于控制能量的流向和大小，電容Csd為緩沖電容，反并聯二極管Dsd可以在電動運行模式下進行續流。當車輛處于剎車減速或下坡滑行時，交流電機端反電勢將大于逆變器額定輸入電壓而處于發電狀態，那么檢測單元動作，它封鎖了升壓電路的電子開關Su，同時打開能量回饋開關Sd，系統的能量被反饋到電源側。三相橋式逆變電路工作于VVVF模式下，當車輛根據需求要進行加、減速調節時，只需在給定的速度調節指令下，改變變頻調速電路控制，即可實現速度的調節。另外，以鼠籠型異步電機作驅動電機，從結構上克服了直流電機存在的不足，減少了維護工作，提高了整機系統容量和轉速，大大改善了可靠性和效率。