專利名稱：電動車交流矢量驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及車輛電動機驅(qū)動領(lǐng)域，具體地說，是一種電動車動力驅(qū)動裝置。
現(xiàn)有的另一種動力驅(qū)動裝置雖然克服了上述動力驅(qū)動裝置的不足，如專利號為ZL98 2 47306.0的專利，但由于電動車的驅(qū)動裝置用的是直流電源，通過斬波器調(diào)節(jié)直流電機的轉(zhuǎn)速，輸出功率隨占空比的減小而降低，從而導致使用效率低下。比如在車輛爬坡時，速度需要較低，但發(fā)動機扭矩不能減小，而現(xiàn)有技術(shù)中恰恰時同時減小的，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)過直流/交流的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成交流供發(fā)動機使用，并可以由簡單的發(fā)動控制器對發(fā)動機進行控制。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，同時又能滿足扭矩和穩(wěn)定性的要求的問題，速度調(diào)節(jié)性能差、效率低。
正是由于上述原因，限制了電動車輛的大規(guī)模的推廣應用。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的解決方案是一種電動車交流矢量驅(qū)動裝置，它包括順序連接的直流電源、直流/直流變換裝置、直流/交流逆變器和電動機，在直流/交流逆變器和電動機之間的線路上設置電壓、電流互感器，互感器的另一端連至控制器；另有旋轉(zhuǎn)編碼器連至電動機，其另一端連至控制器；控制器通過驅(qū)動電路連至直流/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。
本實用新型具有如下主要效果1、由于本實用新型采用電壓、電流互感器、控制器、旋轉(zhuǎn)編碼器、驅(qū)動電路、直流/交流逆變器形成一個閉合的反饋回路的結(jié)構(gòu)，實時獲取發(fā)動機的電壓、電流信號和速度信號，再根據(jù)實際要求通過驅(qū)動電路調(diào)節(jié)直流/交流逆變器，對其產(chǎn)生的電壓、電流信號進行調(diào)節(jié)，進而對最后電動機的速度和扭矩方面進行調(diào)節(jié)，通過這樣的結(jié)構(gòu)達到按照需要隨時調(diào)節(jié)速度的效果。又由于本發(fā)明不僅是對電壓一項進行調(diào)節(jié)(通過電壓的調(diào)節(jié)只能調(diào)節(jié)速度，但有時會出現(xiàn)速度雖然要求低但必須有較大的扭矩的情況)，而是對電壓、電流綜合調(diào)節(jié)(通過調(diào)節(jié)電流就可以對扭矩進行條件)，這樣，既能提供電動車在爬坡時低速大扭矩的驅(qū)動要求，又能滿足在高速行駛時速度的穩(wěn)定性要求，速度調(diào)節(jié)特性優(yōu)秀，從高到低，無級可調(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，避免了電流沖擊對驅(qū)動裝置穩(wěn)定性的影響。
3、擴大調(diào)速范圍，提高了效率，可以實現(xiàn)快速恒力矩啟動，控制系統(tǒng)穩(wěn)定。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
圖2為本實用新型的控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為本實用新型控制器的具體電路圖。
圖4為本實用新型電壓互感器的具體電路圖。
圖5為本實用新型電流互感器的具體電路圖。
圖6為本實用新型模/數(shù)轉(zhuǎn)換的基準源的具體電路圖。
(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/交流逆變器和電動機，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無極可調(diào)。直流/直流變換裝置、直流/交流逆變器的具體實現(xiàn)屬于現(xiàn)有技術(shù)。關(guān)于直接磁場定向矢量控制也是現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，本實用新型對其進一步改進。
本實用新型的改進主要不在主電路上，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，選用不同的組進行組合，選用不同的組產(chǎn)生脈沖信號的占空比不同，最后導致供給電動機的交流電壓、電流也不同，從而達到調(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)動電路、控制器、直流/交流逆變器連接。由于驅(qū)動電路、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)動電路、控制器、直流/交流逆變器等電路的的工作電源。
驅(qū)動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，來驅(qū)動直流/交流逆變器的若干路大功率晶體管(IGBT)，實現(xiàn)逆變輸出。
旋轉(zhuǎn)編碼器連接在電動機和控制器之間，由于矢量驅(qū)動需要調(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，它是作為速度檢測器件，它可輸出相差90度的方波脈沖信號，經(jīng)整形后，兩路脈沖信號可直接送入控制器。
輔助直流/直流、直流/交流電源、驅(qū)動電路、旋轉(zhuǎn)編碼器、濾波放大器的具體電路實現(xiàn)是已有技術(shù)。
電壓、電流互感器(CT1、CT2)設置在直流/交流逆變器和電動機之間的線路上，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三相輸出的兩相電流iA、iC，計算出第三相電流iB＝-(iA+iC)，從而獲得實時的輸出電流信息，亦為電機的定子電流信息，為矢量計算和系統(tǒng)保護提供實時信號。
濾波放大器在本實用新型是兩個運算放大器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，用來完成矢量控制，根據(jù)獲得的電壓、電流、速度信號產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號。
控制器實際上又可以分為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，實際上是通過濾波放大器與電壓、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；主處理器通過脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路與驅(qū)動電路連接，如圖2所示。
3相/2相變換器用來將檢測到的定子電壓和定子電流進行3相/2相變換，然后才能進行后續(xù)的分析。
低通濾波器濾掉高頻雜質(zhì)信號。
模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以便主處理器進行分析。由TL431構(gòu)成的基準源給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器提供參考輸入電壓，圖6就是一個基準源的電路圖，提供5V基準電壓。
速度調(diào)節(jié)器將速度編碼器檢測到的速度ω與速度設定值ωr進行比較，根據(jù)誤差信號得到轉(zhuǎn)矩設定值Te。
主處理器根據(jù)采集到的定子電壓和電流值計算出轉(zhuǎn)子磁鏈的大小φE和磁通方向角ΘE。勵磁電流設定值Ie由磁鏈設定值φr和計算出的轉(zhuǎn)子磁鏈的大小φE計算得出。由轉(zhuǎn)矩設定值Te和觀測的磁鏈值φE計算轉(zhuǎn)矩電流設定值1m。使用觀測的磁通方向角ΘE進行坐標旋轉(zhuǎn)，并得出固定坐標系的電流設定值，采用電流滯環(huán)比較追蹤脈寬調(diào)制(PWM)方式通過脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路產(chǎn)生若干路(本實用新型是6路)脈寬調(diào)制(PWM)信號，經(jīng)隔離驅(qū)動驅(qū)動單元后，來控制直流/交流逆變器的6路大功率晶體管(IGBT)，進行電壓、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，這種信號用來調(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存儲器(RAM)、震蕩器、復位電路的情況。
整個裝置的工作過程是電壓、電流互感器(CT1、CT2)檢測實時的輸出電壓、電流信息，該檢測信號通過濾波放大器后進入3相/2相變換器進行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，進入主處理器，通過旋轉(zhuǎn)編碼器對速度進行檢測，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，主處理對電壓、電流、速度進行處理，根據(jù)需要得到實際需要調(diào)節(jié)的電壓、電流，通過脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號對直流/交流逆變器的大功率晶體管(IGBT)進行電壓、電流調(diào)節(jié)，從而達到自由調(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)，通過這樣的結(jié)構(gòu)就能為完成矢量驅(qū)動的靈活調(diào)節(jié)提供了技術(shù)上的可能性。
權(quán)利要求1.一種電動車交流矢量驅(qū)動裝置，它包括順序連接的直流電源、直流/直流變換裝置、直流/交流逆變器和電動機，其特征在于在直流/交流逆變器和電動機之間的線路上設置電壓、電流互感器，互感器的另一端連至控制器；另有旋轉(zhuǎn)編碼器連至電動機，其另一端連至控制器；控制器通過驅(qū)動電路連至直流/交流逆變器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車交流矢量驅(qū)動裝置，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；主處理器通過脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路與驅(qū)動電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車交流矢量驅(qū)動裝置，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所述的電動車交流矢量驅(qū)動裝置，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所述的電動車交流矢量驅(qū)動裝置，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所述的電動車交流矢量驅(qū)動裝置，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所述的電動車交流矢量驅(qū)動裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出端通過史密特觸發(fā)器連接到控制器。
專利摘要一種電動車交流矢量驅(qū)動裝置，它包括順序連接的直流電源、直流/直流變換裝置、直流/交流逆變器和電動機，在直流/交流逆變器和電動機之間的線路上設置電壓、電流互感器，互感器的另一端連至控制器；另有旋轉(zhuǎn)編碼器連至電動機，其另一端連至控制器；控制器通過驅(qū)動電路連至直流/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)動力大、工作可靠。
文檔編號B60K1/00GK2540312SQ0223511
公開日2003年3月19日 申請日期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 申請人:彭少賢