專利名稱：電動(dòng)車交流矢量驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及車輛電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種電動(dòng)車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置。
現(xiàn)有的另一種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置雖然克服了上述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的不足，如專利號(hào)為ZL98 2 47306.0的專利，但由于電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)裝置用的是直流電源，通過(guò)斬波器調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，輸出功率隨占空比的減小而降低，從而導(dǎo)致使用效率低下。比如在車輛爬坡時(shí)，速度需要較低，但發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩不能減小，而現(xiàn)有技術(shù)中恰恰時(shí)同時(shí)減小的，從而使使用效率非常低。
現(xiàn)有技術(shù)的另外一種技術(shù)是使用交流供電，蓄電池的電源經(jīng)過(guò)直流/交流的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成交流供發(fā)動(dòng)機(jī)使用，并可以由簡(jiǎn)單的發(fā)動(dòng)控制器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。但該技術(shù)仍然解決不了不能根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)速度，同時(shí)又能滿足扭矩和穩(wěn)定性的要求的問(wèn)題，速度調(diào)節(jié)性能差、效率低。
正是由于上述原因，限制了電動(dòng)車輛的大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是一種電動(dòng)車交流矢量驅(qū)動(dòng)裝置，它包括順序連接的直流電源、直流/直流變換裝置、直流/交流逆變器和電動(dòng)機(jī)，在直流/交流逆變器和電動(dòng)機(jī)之間的線路上設(shè)置電壓、電流互感器，互感器的另一端連至控制器；另有旋轉(zhuǎn)編碼器連至電動(dòng)機(jī)，其另一端連至控制器；控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路連至直流/交流逆變器。
直流/交流逆變器由若干路大功率晶體管(IGBT)組成。
本實(shí)用新型具有如下主要效果1、由于本實(shí)用新型采用電壓、電流互感器、控制器、旋轉(zhuǎn)編碼器、驅(qū)動(dòng)電路、直流/交流逆變器形成一個(gè)閉合的反饋回路的結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)的電壓、電流信號(hào)和速度信號(hào)，再根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路調(diào)節(jié)直流/交流逆變器，對(duì)其產(chǎn)生的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)最后電動(dòng)機(jī)的速度和扭矩方面進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)達(dá)到按照需要隨時(shí)調(diào)節(jié)速度的效果。又由于本發(fā)明不僅是對(duì)電壓一項(xiàng)進(jìn)行調(diào)節(jié)(通過(guò)電壓的調(diào)節(jié)只能調(diào)節(jié)速度，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)速度雖然要求低但必須有較大的扭矩的情況)，而是對(duì)電壓、電流綜合調(diào)節(jié)(通過(guò)調(diào)節(jié)電流就可以對(duì)扭矩進(jìn)行條件)，這樣，既能提供電動(dòng)車在爬坡時(shí)低速大扭矩的驅(qū)動(dòng)要求，又能滿足在高速行駛時(shí)速度的穩(wěn)定性要求，速度調(diào)節(jié)特性優(yōu)秀，從高到低，無(wú)級(jí)可調(diào)；2、由于直流/交流逆變器的主電路由若干路大功率晶體管(IGBT)組成，工作頻率為20KHz，減少了低頻諧波分量，減少了電流沖擊，避免了電流沖擊對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置穩(wěn)定性的影響。
3、擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高了效率，可以實(shí)現(xiàn)快速恒力矩啟動(dòng)，控制系統(tǒng)穩(wěn)定。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
圖2為本實(shí)用新型的控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為本實(shí)用新型控制器的具體電路圖。
圖4為本實(shí)用新型電壓互感器的具體電路圖。
圖5為本實(shí)用新型電流互感器的具體電路圖。
圖6為本實(shí)用新型模/數(shù)轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)源的具體電路圖。
(一)主電路主電路包括順序連接的直流電源、直流/直流變換裝置、直流/交流逆變器和電動(dòng)機(jī)，如


圖1所示。
直流電源一般是車載蓄電池。
直流/直流變換裝置將蓄電池提供的直流電源變換成直流/交流逆變器及控制電路和輔助電路必需的直流交流電源，只有這樣，直流/交流逆變器才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行直流/交流轉(zhuǎn)換。
直流/交流逆變器采用矢量控制，將電源逆變?yōu)槿嘟涣麟?，頻率從0-400無(wú)極可調(diào)。直流/直流變換裝置、直流/交流逆變器的具體實(shí)現(xiàn)屬于現(xiàn)有技術(shù)。關(guān)于直接磁場(chǎng)定向矢量控制也是現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，本實(shí)用新型對(duì)其進(jìn)一步改進(jìn)。
本實(shí)用新型的改進(jìn)主要不在主電路上，主要在控制電路和輔助電路以及形成的閉合反饋結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的直流/交流逆變器采用若干路大功率晶體管(IGBT)組成，本實(shí)用新型是用了6組，它們接受控制器的控制，選用不同的組進(jìn)行組合，選用不同的組產(chǎn)生脈沖信號(hào)的占空比不同，最后導(dǎo)致供給電動(dòng)機(jī)的交流電壓、電流也不同，從而達(dá)到調(diào)節(jié)速度的作用。這是與現(xiàn)有技術(shù)不同的。
(二)輔助電路輔助電路由輔助直流/直流、直流/交流電源、驅(qū)動(dòng)電路、旋轉(zhuǎn)編碼器、濾波放大器、電壓、電流互感器(CT1、CT2)組成，如
圖1所示。
輔助直流/直流、直流/交流電源，其入端連接所述的直流電源，出端與驅(qū)動(dòng)電路、控制器、直流/交流逆變器連接。由于驅(qū)動(dòng)電路、控制器、直流/交流逆變器等部件工作的工作電源可能是不同的，如果完全依賴直流/直流變換裝置是不行的，輔助直流/直流、直流/交流電源的作用是提供給驅(qū)動(dòng)電路、控制器、直流/交流逆變器等電路的的工作電源。
驅(qū)動(dòng)電路連接在控制器和直流/交流逆變器之間，接受控制器的控制，來(lái)驅(qū)動(dòng)直流/交流逆變器的若干路大功率晶體管(IGBT)，實(shí)現(xiàn)逆變輸出。
旋轉(zhuǎn)編碼器連接在電動(dòng)機(jī)和控制器之間，由于矢量驅(qū)動(dòng)需要調(diào)節(jié)的電壓、電流與速度也有關(guān)，必須要將電壓、電流結(jié)合最后的速度一起反饋，然后才能根據(jù)需要調(diào)節(jié)需要的電壓、電流，它是作為速度檢測(cè)器件，它可輸出相差90度的方波脈沖信號(hào)，經(jīng)整形后，兩路脈沖信號(hào)可直接送入控制器。
輔助直流/直流、直流/交流電源、驅(qū)動(dòng)電路、旋轉(zhuǎn)編碼器、濾波放大器的具體電路實(shí)現(xiàn)是已有技術(shù)。
電壓、電流互感器(CT1、CT2)設(shè)置在直流/交流逆變器和電動(dòng)機(jī)之間的線路上，互感器的另一端連至控制器。它是用磁平衡式霍爾電流傳感器檢測(cè)三相輸出的兩相電流iA、iC，計(jì)算出第三相電流iB＝-(iA+iC)，從而獲得實(shí)時(shí)的輸出電流信息，亦為電機(jī)的定子電流信息，為矢量計(jì)算和系統(tǒng)保護(hù)提供實(shí)時(shí)信號(hào)。
濾波放大器在本實(shí)用新型是兩個(gè)運(yùn)算放大器HA-OP07，分別連接在電壓、電流互感器(CT1、CT2)和控制器之間，完成電壓、電流互感器(CT1、CT2)采集的信號(hào)放大和輸出濾波，其具體電路由圖4、5所示。
(三)控制電路控制電路主要是控制器，如圖3中的TMS320F240，用來(lái)完成矢量控制，根據(jù)獲得的電壓、電流、速度信號(hào)產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)。
控制器實(shí)際上又可以分為3相/2相變換器、低通濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、主處理器、速度調(diào)節(jié)器、脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路，其中，有3相/2相變換器、低通濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、主處理器順序連接，3相/2相變換器與電壓、電流互感器連接，實(shí)際上是通過(guò)濾波放大器與電壓、電流互感器連接；旋轉(zhuǎn)編碼器與速度調(diào)節(jié)器連接，速度調(diào)節(jié)器與主處理器連接；主處理器通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路與驅(qū)動(dòng)電路連接，如圖2所示。
3相/2相變換器用來(lái)將檢測(cè)到的定子電壓和定子電流進(jìn)行3相/2相變換，然后才能進(jìn)行后續(xù)的分析。
低通濾波器濾掉高頻雜質(zhì)信號(hào)。
模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便主處理器進(jìn)行分析。由TL431構(gòu)成的基準(zhǔn)源給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器提供參考輸入電壓，圖6就是一個(gè)基準(zhǔn)源的電路圖，提供5V基準(zhǔn)電壓。
速度調(diào)節(jié)器將速度編碼器檢測(cè)到的速度ω與速度設(shè)定值ωr進(jìn)行比較，根據(jù)誤差信號(hào)得到轉(zhuǎn)矩設(shè)定值Te。
主處理器根據(jù)采集到的定子電壓和電流值計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁鏈的大小φE和磁通方向角ΘE。勵(lì)磁電流設(shè)定值Ie由磁鏈設(shè)定值φr和計(jì)算出的轉(zhuǎn)子磁鏈的大小φE計(jì)算得出。由轉(zhuǎn)矩設(shè)定值Te和觀測(cè)的磁鏈值φE計(jì)算轉(zhuǎn)矩電流設(shè)定值1m。使用觀測(cè)的磁通方向角ΘE進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，并得出固定坐標(biāo)系的電流設(shè)定值，采用電流滯環(huán)比較追蹤脈寬調(diào)制(PWM)方式通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路產(chǎn)生若干路(本實(shí)用新型是6路)脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元后，來(lái)控制直流/交流逆變器的6路大功率晶體管(IGBT)，進(jìn)行電壓、電流調(diào)節(jié)。
脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路接受控制器的控制，產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，這種信號(hào)用來(lái)調(diào)節(jié)大功率晶體管(IGBT)的占空比，從而調(diào)節(jié)電壓、電流。脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路的具體實(shí)現(xiàn)是本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的內(nèi)容。
在圖2中可以看出，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的信號(hào)經(jīng)史密特觸發(fā)器波形整形后，輸入到控制器的正交編碼脈沖接口單元(QEP)。圖中還表示了外接隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、震蕩器、復(fù)位電路的情況。
整個(gè)裝置的工作過(guò)程是電壓、電流互感器(CT1、CT2)檢測(cè)實(shí)時(shí)的輸出電壓、電流信息，該檢測(cè)信號(hào)通過(guò)濾波放大器后進(jìn)入3相/2相變換器進(jìn)行3相/2相轉(zhuǎn)換，低通濾波器濾波，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入主處理器，通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)速度進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)史密特觸發(fā)器波形整形，輸入到速度調(diào)節(jié)器和主處理器，主處理對(duì)電壓、電流、速度進(jìn)行處理，根據(jù)需要得到實(shí)際需要調(diào)節(jié)的電壓、電流，通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)對(duì)直流/交流逆變器的大功率晶體管(IGBT)進(jìn)行電壓、電流調(diào)節(jié)，從而達(dá)到自由調(diào)速的目的。在主處理器中處理的方法在前面主處理器的介紹中已經(jīng)介紹。本實(shí)用新型主要在于提出這樣一種閉環(huán)的電路結(jié)構(gòu)，通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)就能為完成矢量驅(qū)動(dòng)的靈活調(diào)節(jié)提供了技術(shù)上的可能性。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)車交流矢量驅(qū)動(dòng)裝置，它包括順序連接的直流電源、直流/直流變換裝置、直流/交流逆變器和電動(dòng)機(jī)，其特征在于在直流/交流逆變器和電動(dòng)機(jī)之間的線路上設(shè)置電壓、電流互感器，互感器的另一端連至控制器；另有旋轉(zhuǎn)編碼器連至電動(dòng)機(jī)，其另一端連至控制器；控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路連至直流/交流逆變器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)車交流矢量驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于控制器中含有3相/2相變換器、低通濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、主處理器、速度調(diào)節(jié)器、脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路，其中，有3相/2相變換器、低通濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、主處理器順序連接，3相/2相變換器與電壓、電流互感器連接；旋轉(zhuǎn)編碼器與速度調(diào)節(jié)器連接，速度調(diào)節(jié)器與主處理器連接；主處理器通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路與驅(qū)動(dòng)電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)車交流矢量驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述的直流電源是蓄電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)車交流矢量驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于它還包括輔助直流/直流、直流/交流電源，其入端連接所述的直流電源，出端與驅(qū)動(dòng)電路、控制器、直流/交流逆變器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)車交流矢量驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于在電壓、電流互感器與控制器的3相/2相變換器部分之間連接濾波放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)車交流矢量驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于直流/交流逆變器由若干路大功率晶體管(IGBT)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)車交流矢量驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出端通過(guò)史密特觸發(fā)器連接到控制器。
專利摘要一種電動(dòng)車交流矢量驅(qū)動(dòng)裝置，它包括順序連接的直流電源、直流/直流變換裝置、直流/交流逆變器和電動(dòng)機(jī)，在直流/交流逆變器和電動(dòng)機(jī)之間的線路上設(shè)置電壓、電流互感器，互感器的另一端連至控制器；另有旋轉(zhuǎn)編碼器連至電動(dòng)機(jī)，其另一端連至控制器；控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路連至直流/交流逆變器。它能需要靈活調(diào)節(jié)速度，同時(shí)又能滿足扭矩和穩(wěn)定性的要求、效率高、能量密度大、驅(qū)動(dòng)力大、工作可靠。
文檔編號(hào)B60K1/00GK2540312SQ0223511
公開(kāi)日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月8日
發(fā)明者彭少賢 申請(qǐng)人:彭少賢