CN2785252Y - 车用交流感应电机牵引逆变器 - Google Patents

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聂子玲
张鹏
胡安
张波涛
廖仲篪
谭新华
李业员
杨贵生
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HUNAN XIANGDIAN ELECTRICAL ENGINEERING Co Ltd
Naval University of Engineering PLA
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HUNAN XIANGDIAN ELECTRICAL ENGINEERING Co Ltd
Naval University of Engineering PLA
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Abstract

本实用新型公开了一种车用交流感应电机牵引逆变器，包括散热片、机箱，机箱内部电路包括DSP控制器、三相电压型变频器主电路、三相电流及变频器温度检测接口电路、直流母线电压检测接口电路、PWM信号隔离及驱动电路，所述三相电压型变频器主电路的输入端接机车电池，其输出端接电机；DSP控制器与PWM信号隔离及驱动电路的输入端相接，PWM信号隔离及驱动电路的输出端接三相电压型变频器主电路，三相电流及变频器温度检测接口电路串接于三相电压型变频器主电路与DSP控制器之间，直流母线电压检测接口电路串接于电池与DSP控制器之间。本实用新型体积小，损耗小，工作稳定，抗干扰力强。

Description

车用交流感应电机牵引逆变器
技术领域
本实用新型涉及一种逆变器，特别涉及适用于电动汽车、混合动力汽车、窄轨电力机车和轻轨等传动***高效率的车用交流感应电机牵引逆变器。
背景技术
电动汽车作为清洁、节能的新型交通工具，受到世界各国的政府、学术界、工业界的重视，它在行驶过程中没有污染，热辐射低，噪音小，不消耗燃油，结构简单，使用维修方便，因此目前各大汽车厂商正在加大对电动车开发的力度，加速电动车的商品化步伐。
但由于目前电池能量密度低，限制了纯电动汽车的使用范围。混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle-HEV)综合了纯电动汽车和燃油汽车的优点，已成为各国清洁能源车辆研究的主攻方向和商品化的主流。混合动力电动汽车不仅装有传统的发动机，还带有储能器或能量转换器能提供电能通过驱动电机提供动力，采用电机和发动机的优化控制可以节省燃油，延长续驶里程，减小排放，车辆减速制动时通过电机回收能量提高了***效率。当前世界石油供应日趋紧张，价格高居不下，更加显示出混合动力电动汽车的优势。
电机驱动控制***对提高混合动力电动汽车整车的运行性能、经济性十分重要。目前混合动力汽车主要采用四种类型电机驱动***：直流电机驱动***、交流感应电机驱动***、永磁同步电机驱动***和开关磁阻电机驱动***。直流电机控制简单，但效率较低，维护保养困难，已经较少应用；开关磁阻电机结构最为简单，效率、转矩惯量也较高，但由于力矩波动及噪声过大，在电动汽车中较少应用；永磁无刷电动机***具有最高的效率、转矩惯量比，并和近年来控制界流行的无传感器控制结合在一起，在电动汽车中正在获得广泛应用，但温升较高时会使磁性材料永久退磁，同时转速范围比较低，很难实现增速运行。采用矢量控制的鼠笼式感应电机是较早用于电动汽车驱动的一种电机，其结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠、转矩脉动低、噪声低、转速极限高，同时由于感应电机调速控制技术日趋成熟，这使它相对直流电机驱动***有比较明显的优势。美国通用公司EV-1轿车、福特公司RANGER EV、日本Nissan公司FEV等都采用感应电机驱动。
车载应用背景中，安装空间小，振动、冲击对结构设计要求与普通逆变器设计存在很大区别，同时存在着温度和湿度变化范围大的因素，严重影响了***的可靠性。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术之不足而提供结简单、体积小、效率高可靠性高的车用交流感应电机牵引逆变器。
为实现上述的目的，本实用新型的技术方案是：包括散热片、机箱，机箱内部电路包括DSP控制器、三相电压型变频器主电路、三相电流及变频器温度检测接口电路、直流母线电压检测接口电路、PWM信号隔离及驱动电路，所述三相电压型变频器主电路的输入端接机车电池，其输出端接电机；DSP控制器与PWM信号隔离及驱动电路的输入端相接，PWM信号隔离及驱动电路的输出端接三相电压型变频器主电路，三相电流及变频器温度检测接口电路串接于三相电压型变频器主电路与DSP控制器之间，直流母线电压检测接口电路串接于电池与DSP控制器之间。
上述的车用交流感应电机牵引逆变器中，所述机箱内部电路还包括通讯模块，通讯模块与DSP控制器相接，用于逆变器的故障诊断。
上述的车用交流感应电机牵引逆变器中，所述机箱内部电路还包括驾驶状态输入输出接口电路，驾驶状态输入输出接口电路与DSP控制器相接。
上述的车用交流感应电机牵引逆变器中，所述散热片位于机箱的上部，中间铝板既作为主散热片又是安装底板；散热片内部嵌入散热风机，三相电压型变频器主电路的功率模块置于散热片上。
本实用新型的有益效果是：1)本实用新型中散热片位于机箱的上部，中间铝板既作为主散热片又是安装底板，同时散热片内部嵌入散热风机，三相电压型变频器主电路的功率模块置于散热器上，这样散热效果好，同时下半部分与外界空气隔离，避免湿度和盐雾等不利因素对电子元器件的影响；2)散热片、散热风机、功率模块的一体化安装，使得逆变器结构紧凑，大大减小了逆变器的体积，又提高了逆变器的抗冲击能力；3)本实用新型中的DSP控制器能根据电机转速检测及温度接口电路传来的信号调整逆变器的输出，使感应电机感应电机在电动/发电/再生制动回馈等不同工况和大转速范围内高效率区运行，额定工况下电机效率达到93％，逆变器效率大于97.7％，***效率90.9％。
本实用新型安装在XD6120混合动力城市客车运行正常，汽车纯电起步平稳、噪音低；混合模式运行时电驱动、充电、再生制动转换平滑，电机、变频器温升正常，整车动力性能优于同类型燃油车，节油效果达到了30％以上；在襄樊国家汽车试验场通过了17000km可靠性试验，表明***具有较高的可靠性。
下机结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
附图说明
图1是本实用新型的内部结构图。
图2是本实用新型中散热片与散热风机的结构图。
图3是本实用新型的电路原理框图。
图4是本实用新型中的DSP控制器电路图。
图5是本实用新型中的检测接口电路图。
图6是本实用新型中的驱动电路图1。
图7是本实用新型中的驱动电路图2。
具体实施方式
参见图1、2，本实用新型的中间铝板1既作为主散热片又是安装底板；散热片1内部嵌入散热风机5；功率模块2布置于散热片1上；直流母排4采用双层镀银铜板，铜板之间垫绝缘板。功率模块2与散热底板1之间均匀涂抹导热硅脂，直流母排4正负之间加0.5mm耐压1000V以上的绝缘层，电解电容3端部加托架后固定在散热片1上，正负极分别安装在直流母排4的正负极上。
参见图3，本实用新型的机箱内部电路包括DSP控制器、三相电压型变频器主电路、三相电流及变频器温度检测接口电路、直流母线电压检测接口电路、PWM信号隔离及驱动电路、通讯模块、电机转速检测及温度接口电路、驾驶状态输入输出接口电路，所述三相电压型变频器主电路的输入端接机车电池，其输出端接电机，三相电压型变频器主电路通过DSP产生PWM信号对功率元器件控制完成DC-AC的变换；DSP控制器分别与通讯模块、驾驶状态输入输出接口电路、PWM信号隔离及驱动电路的输入端相接，PWM信号隔离及驱动电路的输出端接三相电压型变频器主电路，PWM信号隔离以及驱动电路给主电路的IGBT基极提供所需要的开关驱动信号；三相电流及变频器温度检测接口电路串接于三相电压型变频器主电路与DSP控制器之间，完成三相电流及变频器温度的检测；直流母线电压检测接口电路串接于电池与DSP控制器之间，完成直流母线的电压检测；电机转速检测及温度接口电路串接于电机与DSP控制器之间，完成电机转速及温度检测；DSP控制器根据电机检测转速及温度接口电路、直流母线电压检测接口电路、三相电流及变频器温度检测接口电路的检测信号，控制变频器的电路的闭环调节，实现对主电路的IGBT的PWM信号的控制，以及各种保护电路的控制信号的产生。
本实用新型中的DSP控制电路采用了美国德州公司的数字信号处理器TMS320F240，该芯片采用了高性能静态CMOS技术，采用哈佛总线结构，指令周期50ns，片内集成544字16位RAM，16K字的ROM，可扩展空间64K数据、程序、IO区。***电路包括12路PWM输出，3个16位定时器，3个16位比较器，4个捕获单元，双10位模数转换模块，28个可编程IO引脚，另外还包括SCI接口和SPI接口。
主电路的功率电路采用了三菱公司智能功率模块，智能功率模块不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到DSP作中断处理。它由高速低工耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以IPM自身不受损坏。IPM一般使用IGBT作为功率开关元件，并内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。直流输入(P、N)及变频输出(U、V、W)端子各自安排得紧凑、合理，全部接线采用插件或螺钉，装、拆方便。
通讯控制电路采用CAN总线，由于其具备良好的可靠性、健壮性和效能价格比，因而得到了广泛的应用，尤其在汽车电子领域。CAN总线节点采用符合CAN2.0B协议的总线收发器，通讯速率125kb/s～500kb/s可选，通信介质采用屏蔽双绞线。通讯芯片采用SJA1000。SJA1000有两种应用模式：标准模式和Peli模式。标准模式符合CAN协议的2.0A标准，能实现PCA82C200的所有功能，接收缓冲器也增至64个字节；Peli模式符合2.0B标准，能实现扩展数据格式，增加了仲裁丢失捕获、错误代码读取等功能。SJA1000接口管理罗辑负责CAN控制器与微控制器的相互通讯，CAN核心块集成了位流处理、位定时、数据收发及错误管理等功能。

Claims (5)

1、一种车用交流感应电机牵引逆变器，它包括散热片、机箱，其特征在于：机箱内部电路包括DSP控制器、三相电压型变频器主电路、三相电流及变频器温度检测接口电路、直流母线电压检测接口电路、PWM信号隔离及驱动电路，所述三相电压型变频器主电路的输入端接机车电池，其输出端接电机；DSP控制器与PWM信号隔离及驱动电路的输入端相接，PWM信号隔离及驱动电路的输出端接三相电压型变频器主电路，三相电流及变频器温度检测接口电路串接于三相电压型变频器主电路与DSP控制器之间，直流母线电压检测接口电路串接于电池与DSP控制器之间。
2、根据权利要求1所述的车用交流感应电机牵引逆变器，其特征在于：所述机箱内部电路还包括通讯模块，通讯模块与DSP控制器相接，用于逆变器的故障诊断。
3、根据权利要求1所述的车用交流感应电机牵引逆变器，其特征在于：所述机箱内部电路还包括驾驶状态输入输出接口电路，驾驶状态输入输出接口电路与DSP控制器相接。
4、根据权利要求1所述的车用交流感应电机牵引逆变器，其特征在于：所述机箱内部电路还包括电机转速检测及温度接口电路，电机转速检测及温度接口电路串接于电机与DSP控制器之间。
5、根据权利要求1-4所述的车用交流感应电机牵引逆变器，其特征在于：散热片位于机箱的上部，中间铝板既作为主散热片又是安装底板；散热片内部嵌入散热风机，三相电压型变频器主电路的功率模块置于散热片上。
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