逆变器电机集成 商品编码

为什么高频逆变器不能带电机

       众所周知，交流电的频率都是50HZ，电动机的使用频率也是50HZ，而高频逆变器震荡电路一般都采用3525集成电路，输出的交流电频率一般都在30--60KHZ，频率远远大于50HZ工频，50HZ的电机对于这么高的频率相当于短路，所以不适宜50HZ频率的电机，但是，串激式电机用高频逆变器可以正常使用！

       想使用逆变器带动电机，就该选用50Hz工频逆变器，正玄波，修正波，平顶方波，或方波逆变器都可以，只是后者效率低一些！

       逐字打的，不明白再追问！

电动机上的编码器有何作用

       编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。

       一、作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。

       二、原理：

       1、由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

       2、由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。

       3、编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

       4、分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。

       应注意三方面的参数：

       1、械安装尺寸：包括定位止口，轴径，安装孔位;电缆出线方式;安装空间体积;工作环境防护等级是否满足要求。

       2、分辨率：即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计使用精度要求。

       3、电气接口：编码器输出方式常见有推拉输出(F型HTL格式)，电压输出(E)，集电极开路(C，常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出)，长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。

       参考资料来源百度百科编码器

汽车上有哪些电力电子器件的运用？

       蛮长的！蛮详细！1、引言

       电力电子技术是研究电力半导体器件实现电能变换和控制的学科，它是一门电子、电力半导体器件和控制三者相互交叉而出现的新兴缘学科。它研究的内容非常广泛，主要包括电力半导体器件、磁性材料、电力电子电路、控制集成电路以及由其组成的电力变换装置。目前，电力电子学研究的主要方向是：

       （1）电力半导体器件的设计、测试、模型分析、工艺及仿真等；

       （2）电力开关变换器的电路拓扑、建模、仿真、控制和应用；

       （3）电力逆变技术及其在电气传动、电力系统等工业领域中的应用等。

       电动汽车（EV）作为清洁、高效和可持续发展的交通工具，既对改善空气质量、保护环境具有重大意义，又对日益严重的石油包机提供了解决方法；同时，电动汽车作为电力电子技术的一个新的应用领域，涵盖了DC/DC和DC/AC的全部变换，是实用价值非常高的运用领域。

       2、混合动力电动汽车简介

       当前世界汽车产业正处于技术革命和产业大调整的发展时期，安全、环保、节能和智能化成为汽车界共同关心的重大课题。为了使人类社会和汽车工业持续发展，世界各国尤其是发达国家和部分发展中国家都在研究各种新技术来改善汽车和环境的协调性。

       电动汽车作为21世纪汽车工业改造和发展的主要方向，目前已从实验开发试验阶段过渡到商品性试生产阶段，世界上许多知名汽车厂家都推出了具有高科技水平的安全或环保型号概念车，目的是为了引导世界汽车技术的潮流。

       2.1各种类型电动汽车特点及其发展

       根据所使用的动力源不同，电动汽车大致可分为三类：蓄电波电动汽车或纯电动汽车(BatteryElectricVehicle)、以氢气为能源的燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle）和混合动力电动汽车（HybridElectricVehicle）。

       纯电动汽车是单独依靠蓄电池供电的，但目前动力电池的性能和价格还没有取得重大突破，因此，纯电动汽车的发展没有达到预期的目的；

       燃料电池电动汽车具有能量转化率高、不污染环境、使用寿命等不可比拟的优势。但是由于目前燃料电池技术和研究还没有取得重大突破，燃料电池电动汽车的发展也受到了限制。

       混合动力电动汽车是同时采用了电动机和发动机作为其动力装置，通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高度自动化的新型汽车。自1995年以来，世界各大汽车生产商已将研究的重点转向了混合动力电动汽车的研究和开发，日本、美国和德国的大型汽车公司均开发了包括轿车、面包车、货车在内的混合动力电动汽车。

       以作为混合动力电动汽车研发前沿的丰田汽车公司为例，所开发的混合动力电动汽车已达到实用化水平，自1997年所推出的世界上第一款批量生产的混合动力电动汽车Prius开始，其后又在2002年推出了混合动力面包车，该车混合动力系统采用了世纪首次批量生产的电动四轮驱动及四轮驱动力/制动力综合控制系统。2003年，丰田又推出了新一代Prius，也被称为“新时代丰田混合动力系统——THSⅡ”（见图1），节能效果可达到100km油耗不足3L。从2004年开始，丰田公司向欧洲市场推出了一款新的LexusRX型豪华混合动力轿车。丰田公司计划2012年全部采用汽油电力混合发动机，以提高燃油经济性和降低排放污染。

       1、引言

       电力电子技术是研究电力半导体器件实现电能变换和控制的学科，它是一门电子、电力半导体器件和控制三者相互交叉而出现的新兴缘学科。它研究的内容非常广泛，主要包括电力半导体器件、磁性材料、电力电子电路、控制集成电路以及由其组成的电力变换装置。目前，电力电子学研究的主要方向是：

       （1）电力半导体器件的设计、测试、模型分析、工艺及仿真等；

       （2）电力开关变换器的电路拓扑、建模、仿真、控制和应用；

       （3）电力逆变技术及其在电气传动、电力系统等工业领域中的应用等。

       电动汽车（EV）作为清洁、高效和可持续发展的交通工具，既对改善空气质量、保护环境具有重大意义，又对日益严重的石油包机提供了解决方法；同时，电动汽车作为电力电子技术的一个新的应用领域，涵盖了DC/DC和DC/AC的全部变换，是实用价值非常高的运用领域。

       2、混合动力电动汽车简介

       当前世界汽车产业正处于技术革命和产业大调整的发展时期，安全、环保、节能和智能化成为汽车界共同关心的重大课题。为了使人类社会和汽车工业持续发展，世界各国尤其是发达国家和部分发展中国家都在研究各种新技术来改善汽车和环境的协调性。

       电动汽车作为21世纪汽车工业改造和发展的主要方向，目前已从实验开发试验阶段过渡到商品性试生产阶段，世界上许多知名汽车厂家都推出了具有高科技水平的安全或环保型号概念车，目的是为了引导世界汽车技术的潮流。

       2.1各种类型电动汽车特点及其发展

       根据所使用的动力源不同，电动汽车大致可分为三类：蓄电波电动汽车或纯电动汽车(BatteryElectricVehicle)、以氢气为能源的燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle）和混合动力电动汽车（HybridElectricVehicle）。

       纯电动汽车是单独依靠蓄电池供电的，但目前动力电池的性能和价格还没有取得重大突破，因此，纯电动汽车的发展没有达到预期的目的；

       燃料电池电动汽车具有能量转化率高、不污染环境、使用寿命等不可比拟的优势。但是由于目前燃料电池技术和研究还没有取得重大突破，燃料电池电动汽车的发展也受到了限制。

       混合动力电动汽车是同时采用了电动机和发动机作为其动力装置，通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高度自动化的新型汽车。自1995年以来，世界各大汽车生产商已将研究的重点转向了混合动力电动汽车的研究和开发，日本、美国和德国的大型汽车公司均开发了包括轿车、面包车、货车在内的混合动力电动汽车。

       以作为混合动力电动汽车研发前沿的丰田汽车公司为例，所开发的混合动力电动汽车已达到实用化水平，自1997年所推出的世界上第一款批量生产的混合动力电动汽车Prius开始，其后又在2002年推出了混合动力面包车，该车混合动力系统采用了世纪首次批量生产的电动四轮驱动及四轮驱动力/制动力综合控制系统。2003年，丰田又推出了新一代Prius，也被称为“新时代丰田混合动力系统——THSⅡ”（见图1），节能效果可达到100km油耗不足3L。从2004年开始，丰田公司向欧洲市场推出了一款新的LexusRX型豪华混合动力轿车。丰田公司计划2012年全部采用汽油电力混合发动机，以提高燃油经济性和降低排放污染。

       2.2混合动力电动汽车分类及特点

       根据按照发动机与电动机的不同组合工作方式，混合动力电动汽车主要可以分为三类：串联式、并联式和混联式，基本结构如图2所示。

       图3所示为不同混合动力类型中电动机与发动机的功率分配情况：

       在串联式混合动力系统中，由发动机驱动发电机，利用发出的电能由电动机驱动车轮。即，发动机所发出的动能全部要先转换成电能，利用这一电能使车辆行驶。

       并联式混合动力系统采用的是发动机与电动机驱动车轮，根据情况来运用这两个动力源，由于动力源是并行的，故称为并联式混合动力系统。

       混联式也称串并联式，它可以最大限度地发挥串联式与并联式的各自优点，丰田的Prius系列的混合动力系统采用的就是这种工作方式。工作时，利用动力分配器分配发动机的动力：一方面直接驱动车轮，另一方面自主地控制发电。由于要利用电能驱动电动机，所以与并联式相比，电动机的使用比率增大了。

       3、HEV常用的电力电子技术及装置

       本文结合起来丰田新一代混合动力系统THSⅡ，具体研究发电力电子技术在HEV中的应用情况。THSⅡ的整车电气驱动系统（见图4）主要由采用AtkinSon循环的高效发动机、永磁交流同步电动机、发电机、动力分配装置、高性能镍金属氢化物（NI—MH）电池、控制管理单元以及各相关逆变器的DC—DC变换器等产件组成。

       高压电源电路、各种逆变器和14V蓄电池用辅助DC-DC变换器组成了功率控制单元（见图5），该单元集成了DSP控制器、驱动和保护电路、直流稳压电容、半导体、绝缘体、传感器、液体冷却回路以及和汽车通信的CAN总线接口。

       3.1电动机/发电机用逆变器单元

       在PriusTHSⅡ主驱动系统中，电动机和发电机所用三相电压型逆变器（功率分别为50kW和30kW）被集成一个模块上（如图6所示，逆变器的电气结构图如图7所示），直流母线最大供电电压被设定为500V。功率器件选用带有反并联续流二极管的商用IGBT（850V/200A），该功率等级的IGBT具有足以承受最大500V反压的能力，以及其它诸如雪崩击穿、瞬时短路的能力。

       电动机用逆变器的每个桥臂都是由并联有两个IGBT模块和二极管模块。每个IGBT芯片的面积为133mm2（13.7mm×9.7mm），并且发射极使用了5μm厚的铝膜；而每个二极管芯片的面积为90mm2(8.2mm×11mm)。

       目前，电动汽车普遍采用PWM控制的电压型逆变器，这种逆变器具有线路简单、效率高的特点，同时PWM逆变器呈现出以下几种发展趋势：

       （1）通常采用IGBT器件，工作频率高，并减少了低频谐波分量和起动是的电流冲击，当前国外应用的最高开关频率已达20kHz；

       （2）电机额定频率相应提高了，扩大了调速范围，在更好地满足运行要求的同时，减少电机的体积和重量，提高功率比。目前国外电动汽车专用电机的最高额定频率已达500Hz；

       （3）采用DSP为核心的计算机控制系统，能够实现可靠的矢量控制和运算，电机可做到快速恒力矩起动及弱磁高速运行，这种控制系统稳定，电流冲击小，控制效率高。

       除了以上传统的PWM控制技术外，最近出现了谐振直流环节变换器和高频谐振交流环节变换器。采用零电压或零电流开关技术的谐振式变换器具有开关损耗小、电磁干扰小、低噪声、高功率密度和高可靠性等优点，引起研究人员广泛的兴趣。

       目前应用于功率变换器的常用电子开关器件主要有GTO、BJT、MOSFET、IGBT和MCT等，由于IGBT集BJT和MOSFET特点于一体，所具有的高阻抗压控栅极，可明显降低栅极驱动功率，从而可使栅极驱动电路集成化；并且IGBT具有的极短的开关时间，可使系统具有快速响应能力，并减小了开关损耗，降低了噪声，因此IGBT是很好的开关器件。MCT也是一个潜在的选择器件，虽然目前商用的MCT的额定值还有待于提高；但是由于MCT具有低的导压降，因此随着MCT新型制造工艺的完善和新材料的使用，未来的MCT在电动汽车中将有良好的应用前景。

       3.2DC—DC升压变换器单元

       在THS中，蓄电池通过逆变器直接与电机和发电机相连（见图8）；而THSⅡ中，蓄电池组输出的电压首先通过DC—DC升压变换器进行升压操作，然后再与逆变器相连，因此逆变器的直流母线电压从原THS的220V提升为现在的500V。

       图9为THSⅡ系统中能量交换示意图，图9中发电机的功率为30kW，蓄电池组的瞬时功率为20kW，两者联合起来为50kW的电机提供能量；图9中升压变换器的容量也被设计为20kW。

       这种系统具有如下优点：

       （1）由于电机的最大输出功率能力是与直流母线电压成正比的，因此与原THS系统的202V供电工况相比，在不增加驱动电流的情况下，THSⅡ系统中电机在500V供电时，其最大输出功率以及转矩的输出能力是原THS系统的2.5倍；此外相同体积的电机，还能免输出更高的功率；

       （2）由于使用了直流母线供电电压可变系统，因此THSⅡ可以根据电动机和发电机的实际需要，自由的调节直流母线供电电压，从而选择最优的供电电压，达到减少逆变器开关损耗以及电动机铜损的节能目的；

       （3）对于供电电压一定的蓄电池组来说，由于可以通过调整升压变压器的输出电压的方式，来满足电动机和发电机的实际需要，因此从某种程度上讲，可以减少蓄电池的使用数量，降低整车质量。

       图9所示的DC—DC升压变换器每个支路都并联有2个IGBT模块和续流二极管模块，其中每个IGBT芯片的面积为255mm2(15mm×15mm)，每个续流二极管芯片的面积为117mm2（13mm×9mm）。图9所示的电路拓扑结构可以在不打断系统的正常工作的情况，保证蓄电池的充电和放电进行瞬间转化。由于DC—DC升压变换器的作用，而使主电容器上的系统电压(SystemVoltage)不同于蓄电池组的输出电压，从而保证电动机和发电机高电压工作的同时，而不受蓄电池组低电压输出能力的限制。

       3.3DC—DC降压变换器单元

       通常汽车中各种用电设备由14V蓄电池组供电（额定电压为12V），Prius也选用了14V蓄电池组作为诸如控制计算机、车灯、制动器等车载电气设备的供电电源，而对该蓄电池的充电工作则由直流220V通过DC—DC降压变换器来完成的，变换器的电路图如图10所示。变换器的容量为1.4kW(100A/14V)，功率器件选用压控型商用MOSFET(500V/20A)，每个MOSFET芯片的面积为49mm2（7mm×7mm）。

       3.4其它交流设备用逆变器单元

       PriusTHSⅡ空调系统使用了电机驱动的空气压缩机，取代了传统的用发动机机械驱动的空气压缩机。为了驱动空气压缩机用电机，设计了一种小功率逆变器（DC202V，1.6kW）。功率器件选用带有反并联续流二极管的商用IGBT（600V/30A），其中每个IGBT芯片的面积为22.1mm2（4.7mm×4.7mm），每个续流二极管芯片的面积为9mm2(3mm×3mm)。

       4HEV对电力电子技术的要求

       受实际运用条件的限制，要求混合动力电动汽车用电力电子技术及装置应具有成本低、体积小、比功率大、易于安装的特点。除此之外，下面的技术细节需进行重点考虑：

       （1）电力电子装置密封问题

       各种车用电力电子装置必须要进行有效的密封，以耐受温度和振动的影响，并能防止各种汽车液体的侵入。

       （2）电磁兼容/电磁干扰（EMC/EMI）问题

       混合动力电动汽车是一个相对狭小的空间，里面包含有各种控制芯片和弱电回路，因此在进行车载电力电子装置设计时，为了消除将来的事故隐患，必须要很好的研究并解决EMC/EMI问题。

       （3）直流母线电压利用问题

       混合动力电动汽车储能系统的电压是可变的，电压的大小取决于汽车实际负载的大小、运行工况（电动还是发电）以及电机是否弱磁运行等等，典型的母线电压波动范围是标称值的-30%~+25%。因此如何在汽车工况频繁变化的情况下，充分利用直流母线电压，成为了控制策略设计者所需要解决的问题。

       （4）电力电子装置控制问题

       “高开关频率”和“高采样率”目前普遍应用于混合动力电动汽车的电力电子装置和交流传动系统中，客观上“双高”需要高精度的编码器和解算器，因此这就意味着在电机中出现宽的温度梯度和饱和状态时，如何降低参数敏感度，以满足控制的要求。

       5结束语

       本文结合丰田汽车公司的最新一代混合动力电动汽车PriusTHSⅡ，综述了电力电子技术在混合电动汽车中的应用情况，提出了需要重点考虑并解决的技术问题。

       随着电力电子技术、微电子技术和控制技术的发展，数字化交流驱动系统在商业化电动汽车中得到广泛应用；而开发研制采用交流电机驱动系统的混合动力电动汽车，已经汽车工业可持续发展的重要途径之一。随着人类对生存环境要求的提高，合理利用能源意识的增强。作为一种污染小和高效率的现代化交通工具，混合动力电动汽车将得一全面的发展和应用。

       2.2混合动力电动汽车分类及特点

       根据按照发动机与电动机的不同组合工作方式，混合动力电动汽车主要可以分为三类：串联式、并联式和混联式，基本结构如图2所示。

       图3所示为不同混合动力类型中电动机与发动机的功率分配情况：

       在串联式混合动力系统中，由发动机驱动发电机，利用发出的电能由电动机驱动车轮。即，发动机所发出的动能全部要先转换成电能，利用这一电能使车辆行驶。

       并联式混合动力系统采用的是发动机与电动机驱动车轮，根据情况来运用这两个动力源，由于动力源是并行的，故称为并联式混合动力系统。

       混联式也称串并联式，它可以最大限度地发挥串联式与并联式的各自优点，丰田的Prius系列的混合动力系统采用的就是这种工作方式。工作时，利用动力分配器分配发动机的动力：一方面直接驱动车轮，另一方面自主地控制发电。由于要利用电能驱动电动机，所以与并联式相比，电动机的使用比率增大了。

       3、HEV常用的电力电子技术及装置

       本文结合起来丰田新一代混合动力系统THSⅡ，具体研究发电力电子技术在HEV中的应用情况。THSⅡ的整车电气驱动系统（见图4）主要由采用AtkinSon循环的高效发动机、永磁交流同步电动机、发电机、动力分配装置、高性能镍金属氢化物（NI—MH）电池、控制管理单元以及各相关逆变器的DC—DC变换器等产件组成。

       高压电源电路、各种逆变器和14V蓄电池用辅助DC-DC变换器组成了功率控制单元（见图5），该单元集成了DSP控制器、驱动和保护电路、直流稳压电容、半导体、绝缘体、传感器、液体冷却回路以及和汽车通信的CAN总线接口。

       3.1电动机/发电机用逆变器单元

       在PriusTHSⅡ主驱动系统中，电动机和发电机所用三相电压型逆变器（功率分别为50kW和30kW）被集成一个模块上（如图6所示，逆变器的电气结构图如图7所示），直流母线最大供电电压被设定为500V。功率器件选用带有反并联续流二极管的商用IGBT（850V/200A），该功率等级的IGBT具有足以承受最大500V反压的能力，以及其它诸如雪崩击穿、瞬时短路的能力。

       电动机用逆变器的每个桥臂都是由并联有两个IGBT模块和二极管模块。每个IGBT芯片的面积为133mm2（13.7mm×9.7mm），并且发射极使用了5μm厚的铝膜；而每个二极管芯片的面积为90mm2(8.2mm×11mm)。

       目前，电动汽车普遍采用PWM控制的电压型逆变器，这种逆变器具有线路简单、效率高的特点，同时PWM逆变器呈现出以下几种发展趋势：

       （1）通常采用IGBT器件，工作频率高，并减少了低频谐波分量和起动是的电流冲击，当前国外应用的最高开关频率已达20kHz；

       （2）电机额定频率相应提高了，扩大了调速范围，在更好地满足运行要求的同时，减少电机的体积和重量，提高功率比。目前国外电动汽车专用电机的最高额定频率已达500Hz；

       （3）采用DSP为核心的计算机控制系统，能够实现可靠的矢量控制和运算，电机可做到快速恒力矩起动及弱磁高速运行，这种控制系统稳定，电流冲击小，控制效率高。

       除了以上传统的PWM控制技术外，最近出现了谐振直流环节变换器和高频谐振交流环节变换器。采用零电压或零电流开关技术的谐振式变换器具有开关损耗小、电磁干扰小、低噪声、高功率密度和高可靠性等优点，引起研究人员广泛的兴趣。

       目前应用于功率变换器的常用电子开关器件主要有GTO、BJT、MOSFET、IGBT和MCT等，由于IGBT集BJT和MOSFET特点于一体，所具有的高阻抗压控栅极，可明显降低栅极驱动功率，从而可使栅极驱动电路集成化；并且IGBT具有的极短的开关时间，可使系统具有快速响应能力，并减小了开关损耗，降低了噪声，因此IGBT是很好的开关器件。MCT也是一个潜在的选择器件，虽然目前商用的MCT的额定值还有待于提高；但是由于MCT具有低的导压降，因此随着MCT新型制造工艺的完善和新材料的使用，未来的MCT在电动汽车中将有良好的应用前景。

       3.2DC—DC升压变换器单元

       在THS中，蓄电池通过逆变器直接与电机和发电机相连（见图8）；而THSⅡ中，蓄电池组输出的电压首先通过DC—DC升压变换器进行升压操作，然后再与逆变器相连，因此逆变器的直流母线电压从原THS的220V提升为现在的500V。

       图9为THSⅡ系统中能量交换示意图，图9中发电机的功率为30kW，蓄电池组的瞬时功率为20kW，两者联合起来为50kW的电机提供能量；图9中升压变换器的容量也被设计为20kW。

       这种系统具有如下优点：

       （1）由于电机的最大输出功率能力是与直流母线电压成正比的，因此与原THS系统的202V供电工况相比，在不增加驱动电流的情况下，THSⅡ系统中电机在500V供电时，其最大输出功率以及转矩的输出能力是原THS系统的2.5倍；此外相同体积的电机，还能免输出更高的功率；

       （2）由于使用了直流母线供电电压可变系统，因此THSⅡ可以根据电动机和发电机的实际需要，自由的调节直流母线供电电压，从而选择最优的供电电压，达到减少逆变器开关损耗以及电动机铜损的节能目的；

       （3）对于供电电压一定的蓄电池组来说，由于可以通过调整升压变压器的输出电压的方式，来满足电动机和发电机的实际需要，因此从某种程度上讲，可以减少蓄电池的使用数量，降低整车质量。

       图9所示的DC—DC升压变换器每个支路都并联有2个IGBT模块和续流二极管模块，其中每个IGBT芯片的面积为255mm2(15mm×15mm)，每个续流二极管芯片的面积为117mm2（13mm×9mm）。图9所示的电路拓扑结构可以在不打断系统的正常工作的情况，保证蓄电池的充电和放电进行瞬间转化。由于DC—DC升压变换器的作用，而使主电容器上的系统电压(SystemVoltage)不同于蓄电池组的输出电压，从而保证电动机和发电机高电压工作的同时，而不受蓄电池组低电压输出能力的限制。

       3.3DC—DC降压变换器单元

       通常汽车中各种用电设备由14V蓄电池组供电（额定电压为12V），Prius也选用了14V蓄电池组作为诸如控制计算机、车灯、制动器等车载电气设备的供电电源，而对该蓄电池的充电工作则由直流220V通过DC—DC降压变换器来完成的，变换器的电路图如图10所示。变换器的容量为1.4kW(100A/14V)，功率器件选用压控型商用MOSFET(500V/20A)，每个MOSFET芯片的面积为49mm2（7mm×7mm）。

       3.4其它交流设备用逆变器单元

       PriusTHSⅡ空调系统使用了电机驱动的空气压缩机，取代了传统的用发动机机械驱动的空气压缩机。为了驱动空气压缩机用电机，设计了一种小功率逆变器（DC202V，1.6kW）。功率器件选用带有反并联续流二极管的商用IGBT（600V/30A），其中每个IGBT芯片的面积为22.1mm2（4.7mm×4.7mm），每个续流二极管芯片的面积为9mm2(3mm×3mm)。

       4HEV对电力电子技术的要求

       受实际运用条件的限制，要求混合动力电动汽车用电力电子技术及装置应具有成本低、体积小、比功率大、易于安装的特点。除此之外，下面的技术细节需进行重点考虑：

       （1）电力电子装置密封问题

       各种车用电力电子装置必须要进行有效的密封，以耐受温度和振动的影响，并能防止各种汽车液体的侵入。

       （2）电磁兼容/电磁干扰（EMC/EMI）问题

       混合动力电动汽车是一个相对狭小的空间，里面包含有各种控制芯片和弱电回路，因此在进行车载电力电子装置设计时，为了消除将来的事故隐患，必须要很好的研究并解决EMC/EMI问题。

       （3）直流母线电压利用问题

       混合动力电动汽车储能系统的电压是可变的，电压的大小取决于汽车实际负载的大小、运行工况（电动还是发电）以及电机是否弱磁运行等等，典型的母线电压波动范围是标称值的-30%~+25%。因此如何在汽车工况频繁变化的情况下，充分利用直流母线电压，成为了控制策略设计者所需要解决的问题。

       （4）电力电子装置控制问题

       “高开关频率”和“高采样率”目前普遍应用于混合动力电动汽车的电力电子装置和交流传动系统中，客观上“双高”需要高精度的编码器和解算器，因此这就意味着在电机中出现宽的温度梯度和饱和状态时，如何降低参数敏感度，以满足控制的要求。

       5结束语

       本文结合丰田汽车公司的最新一代混合动力电动汽车PriusTHSⅡ，综述了电力电子技术在混合电动汽车中的应用情况，提出了需要重点考虑并解决的技术问题。

       随着电力电子技术、微电子技术和控制技术的发展，数字化交流驱动系统在商业化电动汽车中得到广泛应用；而开发研制采用交流电机驱动系统的混合动力电动汽车，已经汽车工业可持续发展的重要途径之一。随着人类对生存环境要求的提高，合理利用能源意识的增强。作为一种污染小和高效率的现代化交通工具，混合动力电动汽车将得一全面的发展和应用。

abb变频器的型号分类

        空冷型ACS 2000变频器专用于水泥、矿山与采矿、冶金、制浆与造纸、水、电力以及化工、石油天然气等行业的风机、泵、压缩机以及其他公共应用。

       ACS 2000变频器融合了创新技术，以应对业界挑战，比如对灵活供电电源连接、更低谐波、降低能耗、静态无功补偿以及安装、调试便利的需要。

       灵活供电电源连接

       ACS 2000变频器可不使用输入隔离变压器，这取决于用户的选择和现有设备的情况，因此允许直接连接到供电电源（直接电网连接），或者可以连接至一台输入隔离变压器。

       在直接电网连接配置方式下，用户可受益于更低的投资成本，这是因为不需要变压器，可以节省很大一笔投资。与其它需要变压器的变频器相比，ACS 2000变频器紧凑的结构，更轻的重量，以及更低的运输成本，并且在电气室需要更小的空间。源自于紧凑的设计，直接连接至6.0 - 6.9 kV电网的ACS 2000适用于速度控制的标准感应电机的改造项目。

       在需要电压匹配或对供电电源进行电隔离的应用中，输入变压器是需要的，可将ACS 2000变频器连接至常规的双绕组油浸式或干式输入隔离变压器。

       更低谐波

       集成了有源前端（AFE）技术，在不使用昂贵、专用的变压器的情况下，可将电网侧谐波降至最低，并且还有四象限运行以及无功功率补偿的额外好处。

       AFE提供了低谐波的特点，满足了各种标准中对电流与电压谐波的要求。这样，就不需要进行谐波分析或安装网侧滤波器。

       降低能耗

       为了实现能耗最小化，AFE允许四象限运行，其将制动能量回馈至电网。

       无功功率补偿

       AFE也能提供无功功率补偿。有了静态无功补偿，可以维持平滑的电网电压特性，并避免了无功功率罚款。

       安装、调试以及运行维护方便

       不需使用变压器的直接电网连接技术，可以使安装与调试工作更加快捷、方便。安装一台变频器，运用ABB简单的 “三进三出”布线概念，只需断开直接挂网运行的电缆，接至变频器，然后将变频器接到电机上即可。

       ACS 2000设计有可抽出式的相模块，便于从前面接近所有变频器部件进行快速更换，平均维修时间（MTTR）为业界领先水平。

       高可靠性

       该变频器使用了经过验证的多电平电压源逆变器（VSI）拓扑结构、成熟的高压IGBT功率半导体技术以及直接转矩控制（DTC） 的电机控制平台，因此具有极高的可靠性，延长了平均无故障时间 （MTBF） 并增加了利用率。

       ACS 2000继承了 ABB的 VSI拓扑结构并采用了获得专利的、基于IGBT的多电平设计，提供了近似正弦波的电流与电压波形，使得该变频器兼容标准电机与电缆。

       ACS 2000变频器控制平台使用了ABB备受赞誉的DTC平台，可以提供中压交流变频器中从未有过的最大转矩与速度性能以及最低损耗。在所有条件下，变频器的控制均迅速而平滑。

       更低的总投资成本

       灵活的供电电源连接，更低的谐波与能耗，便于安装与调试及更高的可靠性，使得ACS 2000在整个生命周期内具有很低的总投资成本。 ACS510 是ABB又一款杰出的低压交流传动产品。

       ACS510可以简单的购买，安装，配置和使用，可节省相当多的时间。

       应用领域：

       ABB传动应用于工业领域，ACS510特别适合风机水泵传动，典型的应用包括恒压供水，冷却风机，地铁和隧道通风机等等。

       亮点：

       1、完美匹配风机水泵应用；

       2、高级控制盘；

       3、用于降低谐波的专利技术；变感式电抗器；

       4、循环软起；

       5、多点U/F曲线；

       6、超越模式；

       7、内置RFI滤波器作为标准配置，适用于第一和第二环境；

       8、CE认证

       主要性能：

       完美匹配风机水泵：

       增强的PFC应用：最多可控制7（1+6）个泵；能切换更多的泵。

       SPFC：循环软起功能；可依次调节每个泵。

       多点U/F曲线：可自由定义5点U/F曲线；可灵活广泛的应用。

       超越模式：应用于隧道风机的火灾模式； 应用于紧急情况下。

       PID调节器：两个独立的内置PID控制器：PID1和PID2，PID1可设置两套参数；通过PID2可控制一个独立的外部阀门。

       更经济：

       直觉特性：噪音最优化，当传动温度降低时增加开关频率，可控的冷却风机，仅在需要时启动；可随机分布开关频率，从而降低噪音，极大改善了电机噪音，降低传动噪音并提高功效。

       磁通优化：负载降低时自动降低电机磁通；极大地降低能耗和噪音。

       连接性：简单安装，可并排安装，容易连接电缆，通过多种I/O连接和即插式可选件方便地连接到现场总线系统上；减少安装时间，节约安装空间，可靠的电缆连接。

       更环保：

       EMC：适用于第一及第二环境的RFI滤波器为标配；不需要额外的外部滤波器。

       电抗器：变感电抗器：根据不同的负载匹配电感量，因此抑制和减少谐波；降低总谐波

       其它：

       高级控制盘：2个功能键，功能随状态不同而改变，内置帮助键，已修改的参数列表；容易配置和调试，快速启动，快速进入参数。

       现场总线：内置RS485接口，使用Modbus协议，即插式现场总线模块作为可选件；降低了成本。 产品说明:

       用于0.12-2.2KW鼠笼式电机的速度和转矩控制

       作为Comp-AC家庭的一员，ACS140丰富了ABB传动产品的内容。尽管其尺寸不大，却包含了许多高性能传动产品所拥有的功能。它非常适合气体，液体，固体的处理工艺，典型的应用场合

       包括:包装机、饼干机、洗衣机、搅拌机、传送带和泵类等。

       ACS140具有最大的可靠性设计。可选无散热器型，结构更加轻巧，OEM商可自由设计散热方式。如果采用法兰式安装，模块产生的热量将直接耗散于柜体之外。为进一步增强传动设备的可靠性，模块的部件数量已尽可能地减到最少。

       ACS140的输出频率灵敏地跟随给定信号的变化。平均精度好于1%，响应速度快，平均延迟时间小于9毫米。

       产品质量恒久如一为确保生产质量，可重复性是ACS140成败的关键因素之一。

       ACS140在系统响应和控制精度上表现得非常稳定。与泵类和搅拌机有关的连续性生产，要求装配相当可靠的传动设备。ACS140足十分令人放心的。在相当苛刻的工业环境中，ABB可以提供特殊的IP54封装。

       在材料加工和包装线上，定位精确是控制的基本要求。ACS140的可重复性具有明显的技术优势。改变产品规格时，只需要调用预先设定的七种速度中的一种，就可轻而易举地解决问题。

       ACS140的动态制动和跟踪起动功能，用于建筑物的温度或湿度控制是非常实用的。内置的PID功能确保温度、湿度、压力等保持恒定。

       最优化的设计组合ACS140具有加快工程安装和设计高度进度等几个特点:借助ACS140控制盘，传动之间的参数可以很容易地拷贝。控制盘的配置菜单或长或短，结构清晰，简单易学。多数情况下不需要控制盘。

       集成容易

       ACS140是市场上的最小型交流传动之一。小型化和多种安装方式。便利它与原有设备的组合安装不会有任何困难。ACS140能适应任何一种控制逻辑，数字和模拟输入电路均是电隔离的;既安全，又节约。

       ACS100系列变频器

       特点:

       体积小，重量轻，安装和使用方便，适用于0.12-2.2KW的普通鼠笼电机的速度控制

       方便的安装方式:DIN导轨安装、法兰式安装、壁挂式安装

       调速性能稳定，过载能力强，低速力矩大。附加输入滤波器可以减少对电网的污染。 特点:

       功率范围2.2-37KW

       灵活的模块化设计和最少的元件数量

       PID,PFC,预磁通等九种应用宏

       直流电压自动调节，多种通讯功能

       ACS400变频器在2.2-37KW的功率范围内，带给您最大的利益享受:节约能源，控制准确,安全可靠,铸铝件和塑料件的使用,保证了足够的加工精度,ACS400预置了九种应用宏.主电源:230-500V50/60HZ控制电源:115-230V.在励磁部分中采用了最新的IGBT控制技术，不再需要磁场电压匹配变压器，磁场进线熔断器和电抗器也已集成在DCS400模块中。由于磁场部分采用了三相进线供电方式，且直接取自为电枢供电的三相电源，因而DCS400不再需要单独的磁场电源进线。DCS400拥有多种调试工具。在调试向导的引导下进行参数设定，加上全部的自优化调试过程，DCS400的典型调试时间为15分钟。 特点:

       助手型控制盘11KW以下标配制动斩波器

       无传感器矢量控制

       启动向导-指导用户设置参数而无需进入参数列表

       诊断向导-故障时激活，利于快速查找故障

       维护向导-监视运行小时或电机旋转 应用:风机，泵，门控，物料输送，传送带

       亮点:

       FlashDrop-传动设置及调速更加快速、容易，可用于批量制造

       固定式控制盘-具有舒适、耐用接口的简单传动

       固定式电位器-直观的速度设定

       集成EMC滤波器-无需外部滤波器

       内置制动斩波器-降低成本，节省空间并简化接线

       灵活的安装方式-优化的布局以及有效地机柜空间利用率

       有图层的电路板-寿命更长且减少维护 应用:

       满足广泛的机械应用需求，如食品饮料、物料输送、纺织、印刷、橡胶与塑料及木工机械行业的应用

       亮点:

       FlashDrop-传动设置及调速更加快速、容易，可用于批量制造

       顺序编程-逻辑编程为标配。降低了对外部PLC的要求

       软件-高技术、高性能，高灵活性。

       用户接口-可不用控制盘以节省成本。根据功能需要，也可提供不同的控制盘

       机柜兼容性-优化的安装布局，机柜空间利用率高

       内置EMC-无须额外的空间、部件、时间或成本

       传动保护-保护传动、使用无忧且质量最佳的最新解决方案

       ACS800-01系列变频器

       ACS800-01单传动的防护等级分为IP21和IP55，使用电机的功率从1.1kW到110kW。其内部都配有扩展选项。包括抑制谐波的电抗器、传动保护设备、I/O扩展、具有启动向导的用户控制盘和低噪音冷却风扇功能。

       ACS800-04系列变频器

       ACS800-04/U4是一个用于控制交流电机的传动模块，它的防护等级是IP00,可托动至560kW的电机。它具有的许多优点使其成为嵌入式设计的最佳选择。主电缆的输入端位于模块的顶部，而电机电缆端则位于模块的左侧。

       ACS800单传动模块，功率1.1-560KW

       ACS800-07系列变频器

       ACS800柜体式单传动功率1.1-2800KWACS800-07是专为工业场合设计的柜体式单传动。它具有结构紧凑、功率范围广的特点，2800kW传动的宽度仅为3.2米。并且可以提供IP21,IP22,IP42,IP54几种防护等级。

       ACS800-07提供了多种标准化的选件以适应各种不同的应用场合，从进线接触器到电机防误启动保护器ATEX。 ACS800系列传动产品最大的优点就是在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动向导、自定义编程、DTC控制、通用备件、通用的接口技术，以及用于选型、调试和维护的通用软件工具。先进的技术-DTCACS800的核心技术就是直接转矩控制(DTC)。它是目前最先进的交流异步电机的控制方式。DTC稳定杰出的性能，使ACS800适用于各种工业领域。启动向导

       ABB交流传动持续不断的在完善用户界面。启动向导的应用，使ACS800的调试变得非常简便。

       自定义编程

       与传统的参数编程相比，ACS800的自定义编程具有更好的适应性。作为全系列的标准配置，就想传动产品内置了小型的PLC，且不需要添加任何附加的软硬件。高度集成和紧凑的结构设计

       作为标准配置，ACS800全系列已经内置了电抗器。此外，在ACS800内部还可以同时再安装三个可选模块:I/O扩展模块，现场总线适配器模块，脉冲编码器接口模块或PC机的接口模块。对于这些模块，无任何附加空间和电缆的要求。

       环保产品

       ABB是ICC(国际商会)可持续发展商务的成员，并一致致力与环境的保护。ABB交流传动产品遵循16项ICC的规定，在生产过程中遵循ISO14001标准。 ACS1000高压变频器用于310-5000KW电机的速度和转矩控制

       ABB结合一个多世纪的工业制造经验，为中高压传动领域中电子的功率控制提供了简便、可靠的途径:这就是ACS1000系列变频器。驱动功率范围为315至5000千瓦，电压等级为2.3、3.3和4.16kV，对电动机具有卓越的速度和力矩控制。

       流畅的系统集成

       ACS1OOO系列变频器具有各种灵活的组合以满足各种新建或改造项目的不同要求。对现有的设备和电网的干扰减到最小。用户友好的软件工具使调试和长期运行简便易行。

       高超的性能

       采用ABB专利的直接转矩控制(DirectTorqueControl)技术，ACS1000系列变频器提供精确的过程控制，DTC能为任何电动机控制平台提供最快速的转矩阶跃响应。在不采用编码器情况下，即使受输入电源变化和负载突变的影响，同样可保证最佳的控制精度。

       极高的可靠性

       变频器的可靠性至关重要。ACS1OOO系列变频器元件数量少，使其内在的可靠性比市场上其他结构形式的中电压变频器更高。并且，在交货前对每个元件单独测试，每台变频器都通过负载试验。

       ACS1000的的核心是DTC-直接转矩控制直接转矩控制(DTC)是交流传动中最佳的电动机控制方法，可以对电动机所有的关键变量进行直接控制，从而挖掘出了AC传动过去未实现的潜力并为各种应用提供益处。

       无与伦比的电动机速度和转矩控制ACS1000系列变频器的开环动态速度控制精度与采用闭环磁通矢量控制的变频器相对应。在ACS1000中，静态速度控制精度通常为正常转速的0.1%至0.5%,能满足大多数工业领域的要求。在速度调节精度要求更高的场合，可选用一个脉冲编码器。由于ACS1000开环转矩阶跃上升时间小于10mS，而其它磁通矢量控制不采用传感器则超过100ms,因此，ACS1000是无可匹敌的。

       自动起动ACS1000的自动起动性能胜过交流传动中常用的flyingstart和rampstart，由于DTC能在几个毫秒内检测出电动机的状态，在所有的条件下都能迅速起动。例如，采用DTC，就没有重新起动延时。

       最大化的起动转矩DTC所持有的精确的转矩控制，使ACS1000具有既可控又平稳的最大的起动转矩。

       完善的磁通优化在优化模式状态，电动机的磁通能自动地与负载对应，保证了高效率，并降低了电动机噪音。由于磁通的优化，根据不同的负载点。电动机和传动系统的总体效率提高1%到10%。

       降低了噪音由于开关状态是分别确定的，ACS1000没有固定的开关频率，这样，在使用普通PWM技术的交流传动装置中常见的共振所引起的刺耳的噪音，在ACS1000中是没有的。

       对电源波动和负载变化反应迅速ACS1000特有的快速转矩阶跃响应意味着对电网侧和负载侧的变化具有极快的反应，使得对失电、负载突变和过电压状态易于控制。安静、反应敏捷的操作。简洁、精确的过程控制 ACS401在2.2-37kW的功率范围内，带给你最大的利益享受:节约能源、控制准确、安全可靠。ACS401的可靠性来自于灵活的模块化设计和最少的元件数量。他是当前市场上体积最小的变频器之一，结构设计中充分考虑了有效的使用面积和尽可能地安装简便。

       电源

       电压:三相380-480V(±10%)频率:48-63Hz基波功率因数:0.98(大约)电机

       电压:三相频率:0-250Hz连续负载能力(恒转矩，环境温度不超过40℃):额定电流I2环境温度大于40℃时的过载能力恒转矩:1.5×I2，每10分钟允许1分钟恒转矩:1.25×I2，每10分钟允许2分钟可编程特性:

       九个配置方便的应用

       可选件:

       控制盘ACS100-PAN和ACS-PAN扩展电缆PEC-98-0008RFI输入滤波器和输出电抗器制动单元制动斩波器RS485/232适配器DDCS通讯模块

一个虚拟电机至少应该有几部分模型组成

       四部分组成。一个虚拟电机由逆变器、调制器、反向电机模型和速度编码器模拟器四部分组成。

       1、两电平逆变器模型和主回路参数计算。

       2、其次鼠笼异步电机和永磁同步电机动态数学模型。

       3、最后SVPWM基本思想,虚拟电机中的调制器采用此方法产生用于逆变器的脉冲信号。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467