Основные требования, предъявляемые к таким инверторам, это диапазон питающего напряжения от 12 В до 96 В постоянного тока, наличие режима векторного управления, простота настройки инвертора на выбранный электродвигатель, интеграция в CAN-шину автомобиля, минимизация акустического и электромагнитного шума от работы инвертора, возможность гибкой настройки дискретных входов/выходов, минимальные массогабаритные характеристики, наличие защитных функций, обеспечивающих стабильную безотказную работу при длительном периоде эксплуатации.
Инверторы тягового привода могут быть установлены не только внутри автомобиля, но и снаружи, например, в нижней части рамы автомобиля. Поэтому важно наличие лёгкого и прочного герметичного корпуса, разъёмов инвертора вплоть до степени защиты IP54 и выше.
Наиболее распространённые инверторы в сегменте гольфкаров и малых электромобилей = это инверторы производства Curtis Instruments, Inc (США) и ZAPI (Италия). Эти бренды имеют многолетнюю историю и большой спектр продуктов, обеспечивающих наиболее востребованные сегменты малых электромобилей.
Рассмотрим отечественную разработку ООО «Мехатроника-Томск», выполненную при поддержке Фонда содействия инновациям, обеспечивающего импортозамещение инверторов мощностью 4 и 11 кВт. Прямыми аналогами являются Curtis AC Motor Controller Model 1234E-62XX и 1238E-66XX. Технические характеристики разработанных инверторов приведены в таблице 1. В основе элементной базы применены отечественные компоненты – силовые транзисторы, конденсаторы, пассивные компоненты, корпусные детали.
Схема внешних подключений, приведённая на рисунке 3, унифицирована для систем 4 и 11 кВт. Подключение электродвигателя к силовым клеммам производится аналогично подключению иностранного аналога. Доступна возможность подключения датчика обратной связи (энкодера) с целью получения лучшей регулировочной характеристики привода.
С целью обеспечения плавности хода в динамических режимах работы предусмотрена возможность задания T/S-кривых на различных участках движения.
Для реализации управления скоростью от внешнего потенциометра предусмотрены аналоговые входы/выходы.
Конфигурирование и тонкая настройка осуществляется через универсальное программное обеспечение MViewer (http://mviewer.ru). Программа MViewer устанавливается на ПК под операционной системой Windows. Устройство соединяется с ПК по интерфейсам RS-485, CAN, Bluetooth. Одной из особенностей MViewer является то, что программа имеет возможность подключения и взаимодействия одновременно с неограниченным числом устройств как по одному, так и по разным интерфейсам.
Пользователю предоставляются следующие возможности:
- выгрузка данных из памяти устройства и их форматирование
- загрузка данных в память устройства
- сохранение и воспроизведение конфигурации устройства
- графическое представление полученных данных, в том числе от высокочастотных процессов
- конструирование графического интерфейса пользователя с возможностью его экспорта в автономное приложение
- загрузка микропрограммного обеспечения (прошивка)
- получение журнала событий устройства с сохранением и графическим представлением.
Встроенная функция отслеживания слишком быстрого нажатия на педаль газа ограничивает скорость электромобиля во избежание ударных нагрузок на привод и улучшает комфортное передвижение.
Функция энергосбережения предотвращает разрядку аккумулятора инвертором, когда автомобиль неактивен.
Функция аварийного торможения позволяет обеспечить плавное торможение до остановки при выключении ключа или возникновении неисправности, требующей остановки автомобиля.
Функция защиты от отката/наката вперёд обеспечивает плавное и безопасное управление автомобилем на возвышенностях.
Применяемые алгоритмы широтно-импульсной модуляции обеспечивают низкий уровень гармоник двигателя и как следствие низкую пульсацию крутящего момента и минимальные потери на нагрев, что в итоге обеспечивает высокую эффективность.
Надёжное отключение питания обеспечивает контактор в цепи АКБ.
Алгоритмически предусмотрена остановка автомобиля до включения электромагнитного тормоза, что обеспечивает безопасную остановку при любых условиях.
Для исключения движения при подключенном зарядном устройстве предусмотрен вход блокировки зарядного устройства.
Слив излишков энергии может быть осуществлён на внешний тормозной резистор.
Помимо программно-аппаратных технологических защит, связанных с передвижением транспортного средства, в инверторе предусмотрены базовые защиты:
- от превышения максимальных токов
- от замыкания на корпус
- от перегрева инвертора
- от перегрева электромотора
- от обрыва фаз электромотора
- от длительной токовой перегрузки
- от неисправности энкодера
- от неправильной последовательности чередования фаз электромотора
- от превышения напряжения на промежуточной шине Udc
- от понижения напряжения на промежуточной шине Udc.
Полное описание инвертора и его периферии представлено на сайте продукта: https://et-drive.ru.
Таблица 1 – Основные технические характеристики инверторов
|
Модель |
E-Traction-ET4 |
E-Traction-ET11 |
|
Мощность, кВт |
4 |
11 |
|
Напряжение питания АКБ, В |
48…80 |
48…80 |
|
Частота ШИМ, кГц |
8 |
8 |
|
Длительный рабочий ток RMS (режим S2, 60 мин.), А |
100 |
300 |
|
Максимальный кратковременный ток RMS, А |
300 |
600 |
|
Управление электродвигателем |
Скалярное/Векторное |
Скалярное/Векторное |
|
Журнал событий |
Да |
Да |
|
Тип энкодера |
5В TTL |
5В TTL |
|
Коммуникации |
CAN, RS-485 |
CAN, RS-485 |
|
Дискретные входы, шт. |
8 |
8 |
|
Аналоговые входы, шт. |
6 (0 .. 10В) |
6 (0 .. 10В) |
|
Аналоговый выход, шт. |
1 (0 .. 10В) |
1 (0 .. 10В) |
|
Подключение внешнего тормозного резистора |
Да |
Да |
|
Диапазон рабочих температур, °C |
-40… +65 |
-40… +65 |
|
Конструктивное исполнение корпуса |
IP 54 |
IP 54 |
|
Габаритные размеры (ДxШxВ), мм |
295х211х108 |
310х295х108 |
Рис. 1. E-Traction-ET4
Рис. 2. E-Traction-ET11
Рис. 3. Схема внешних подключений
Рис. 4. Изображение среды-конфигуратора MViewer
Николай Гусев, к.т.н.
ООО "Мехатроника-Томск"
Сайт: https://et-drive.ru/
