X1020电动汽车维修永磁同步牵引电机控制器巨一.docx
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X1020电动汽车维修永磁同步牵引电机控制器巨一
永磁同步牵引电机控制器
一、注意事项
1.为了保护主接触器的触头和接触器的使用寿命,需要增加预充电部分。
2.电源的正负极性不能接反,否则会对控制器内部器件及电路造成损坏。
3.务必保证控制器的三相输出与电机的相序一一对应,黄、蓝、绿分别对应电机三相的U、V、W相。
如果相序接错,会造成电机运转不正常,并可能造成控制器过流,使控制部件失效的风险大大增加。
4.电池与车身的绝缘工作要做好,如果出现电池正极与车身搭接的情况,在系统运行的过程中有可能引起瞬态的浪涌电压,使功率器件因过电压而击穿。
5.要保证系统中高压部分接线的可靠,保证接线端子的接触电阻比较小,否则,在大电流运行的情况下,由于接触电阻过大而造成局部发热,从而损坏部件。
6.油门踏板选择5V供电,油门的输出在控制器要求的输出范围之内。
如果油门的输出不在我们要求的范围内,用户需在订货时特别指明。
7.23PIN插头输出的+15V、+5V只作为油门加速踏板的供电电源,其输出功率非常小,不能作为其他用途的供电电源。
8.控制器冷却方式为强制风冷,在安装时要注意对冷却风扇和风扇防护罩的保护,以免发生变形,影响散热效果,造成系统可靠性的降低。
9.用户在定货时需要指明是采用何种控制方式,是模拟量控制方式,还是CAN总线通讯控制方式。
二、产品概述
本系统电动机为永磁同步电动机,其具有功率密度大、过载能力强、高效区范围宽、电机堵转时电流小、可实现转速无级调节等特点。
三、系统功能描述
3.1系统控制功能
此功能为控制器的基本功能,主要控制电机的启动、停止、正反转等操作,系统采用转矩控制模式,油门控制电机输出转矩的大小。
3.2预充电完成控制功能
在电机控制器中的直流母线并有容量很大的电容,在上电时,在主接触器闭合的瞬间,有很大的电容充电电流,这样会在接触器触头之间产生电弧,会烧蚀接触器的触头,影响主接触器的使用寿命,严重的话还会将接触器的触头焊死,造成部件失效。
另外接触器闭合瞬间产生的电弧会产生很高的浪涌电压,可能会超过控制器内部的功率模块的耐压,从而造成功率器件的损坏。
为了防止上述情况的发生,需要在控制器上电时对控制器进行预充电,在上电时在母线上串联一个预充电电阻,当控制器母线两端的电压充到一定值时,闭合主接触器,将预充电电阻短路掉,完成上电过程。
此功能就是在上电时检测控制器母线的端电压,当达到母线电压的70%左右,输出接触器闭合信号,完成预充电功能。
3.3CAN总线通讯及控制功能
可以通过本产品配有的CAN通讯接口将当前电机的运行状态,报警信息等内容传送到仪表进行显示,或传送到VCU(整车控制单元),使VCU对当前车辆的运行状态进行监测和统一调度。
另外也可以通过CAN总线控制电机的运行,包括电机的起停、换向、控制电机的输出转矩等控制。
尤其在车辆控制台距离电机控制器的安装位置距离比较远的情况下,CAN总线控制在抗干扰和控制信号衰减方面,相对于模拟量传输信号控制要好的多。
3.4系统保护功能
为了使电机及控制器在出现故障时保证系统可靠安全的运行,及保护部件不会损坏,特设置了以下的各项保护功能:
1.位置传感器信号错误
位置传感器信号对于永磁同步电机是非常重要的信号,控制电机何时进行换相都是依据位置传感器的信号进行控制的,如果位置信号错误的话,会导致电机运转不正常,严重的话会造成电机控制器的损坏。
此故障对系统来讲是致命故障,如果检测到位置信号错误的话将锁死控制器,系统停止运转。
2.过流保护
当流过电机的电流超过控制器最大限流值时,或发生短路大电流时,输出故障信号,并锁死控制器输出,该故障也为致命故障。
3.控制器过温保护
当检测到控制器散热器的温度超过80℃时,控制器最大输出电流为控制器峰值电流的一半;当散热器温度超过100℃时,则关闭输出。
当检测到功率模块温度达到90℃时,扭矩降到80%;达到95℃时,扭矩降到50%;达到100℃时关闭输出。
4.欠压保护
当输入电机控制直流母线的电压低于260V时,输出欠压报警信号,但控制器并不锁死输出,只提醒用户电池处于欠压状态。
当电机运行过程中检测到母线电压低于220V时,将输出极低电压报警,并锁死控制器的输出。
因为当母线电压低到一定程度,控制器内的控制部分的电压输出将出现不稳定的现象,有可能造成功率器件的误导通,造成控制器的损坏。
根据电池单体过温的保护
当电池单体温度达到设定值时,电机控制器会降功率运行,根据电池单体温度的不同,功率降低有所不同。
当电池单体温度超过极限值时,电池会中断输出,以免对电池造成伤害。
5.通讯故障报警
在使用CAN总线方式进行电机运行控制的时候,如果电机控制器3秒内没有收到VCU(整车控制单元)的指令,我将判断为通讯故障,停止控制器输出,即使通讯又恢复正常,控制器也处于锁定状态,除非对控制器进行复位。
6.运行过程中换档
为了防止在车辆行进过程中由于误操作进行了换档操作,造成危险,当车辆在没有完全静止的情况下,变换档位的操作除了空档将,反方向的档位将不予生效,防止出现反接制动情况的发生,对系统及其他部件造成损坏。
四、控制器接线说明
4.1接口针脚定义
23PIN插头针脚定义
1
+12V(外部供给)
13
制动量输入(备用,窄电压范围)
2
+12V(外部供给
14
+5V、+15V电源地——GND
3
运行信号(控制器使能信号)——RUN
15
制动量输入——SBRAKE
4
保留
16
12V电源地——12GND
5
转速脉冲信号输出——REV
17
12V电源地——12GND
6
档位信号逆时针转向——CCW
18
保留
7
档位信号顺时针转向——CW
19
CAN通讯屏蔽线—-CAN_SHIELD
8
制动信号(开关量)——BRAKE
20
+5V——VCC
9
复位——REST
21
CAN总线通讯CAN低——CANLL
10
保留
22
CAN总线通讯CAN高——CANLH
11
油门输入(备用,窄电压范围)
23
+15V
12
油门输入——Im
16PIN航空插座针脚定义
1
旋变信号S4
9
保留
2
电机温度信号T1
10
串口232_WE
3
旋变信号S2
11
保留
4
电机温度信号T1-GND
12
串口232_GNDCAN
5
旋变信号S1
13
旋变信号R1
6
串口232_IN
14
保留
7
旋变信号S3
15
旋变信号R2
8
串口232_OUT
16
保留
4.2接线示意图
4.3接线说明
1.预充电系统
预充电系统位于BMS内部,通过预充电继电器和限流电阻对电机控制器内部电容进行预充电,待电容电压上升到设置值后再接通主接触器。
此系统可有效防止蓄电池主回路上电瞬间的电流过冲,延长蓄电池及主接触器触点的使用寿命,提高系统的可靠性。
2.转向信号接入
CCW、CW为转向信号(23PIN插头6、7脚),CCW为电机逆时针旋转,CW为电机顺时针旋转(电机旋向是从电机轴伸方向看)。
转向信号为开关量输入,当信号线与+12V相接时,信号为高电平(有效),悬空为低(无效),转向信号必须是相异的信号,同时置高或置低都视为空档,电机将不运行。
3.运行信号(RUN)
此信号为开关信号,该信号为控制器的使能信号,若要使系统运行,此信号必须置高,否则系统将不工作。
此信号可以作为闭锁信号使用,比如,在整车系统其它部件没有准备好时或是在给电池充电时,运行信号不置位,这样电机控制器将不工作,保证系统的安全运行。
另外在系统出现故障时切断此信号可以使电机立即停止运行。
4.CAN总线通讯
通过CANH、CANL两线即可实现控制器与仪表、或是VCU等其它部件进行通讯。
如果控制器配置成数字通讯控制模式,即可通过CAN总线接收控制指令,实现电机的控制。
通讯发送的信息有电机目前的运行状态、转速信息、报警信息、电流等数据。
控制器数据帧采用广播方式发送,每隔50ms发送一帧数据帧。
控制器内CAN总线上已接120Ω端电阻。
5.复位(REST)
复位信号的作用是在控制器出现保护时控制器被锁死输出,通过复位信号可使控制器恢复到初始状态,否则需要关断主电源,等待30S重新上电才能复位。
复位信号(REST)23PIN插头9脚,当与+12V碰一下即可完成复位操作,因此复位开关要接非保持类型的开关。
6.油门踏板接入
油门踏板可以使用霍尔型的,也可以使用电位器型的油门。
油门踏板的输出为0~5V的,不能高于5V。
油门踏板的供电电源对于霍尔型油门有5V和15V两种电压可供用户选择;对于电位器型的油门只能选择5V的供电电压。
对于油门的输出,控制器内认可的电压范围为0.8~4.5V,低于0.8V则输出转矩为0,4.5V对应最大转矩输出,高于4.5V的电压输出视同为4.5V。
如果用户使用的油门输出不在此范围的需要在订货时向我们特别提出。
7.转速信号脉冲输出REV
对于车辆里程表需要转速脉冲信号的仪表,可以使用此信号。
此信号输出采用集电极开路输出,需要接上拉电阻到仪表控制电源正,开集电路过电流为10mA,可根据仪表供电电压匹配上拉电阻的阻值,通常在1k~10kΩ之间。
转速信号的输出脉冲为电机每转一周输出4个脉冲,输出脉冲的高低电平各占50%。
五、驱动电机安装
装置装配示意图
1.装配前检验以下内容:
(1)电机应接有三相线、信号线,并配备有接插件,且线束和接插件均无损坏。
(2)电机壳体端面清洁无杂物,无明显加工瑕疵,驱动电机支架无变形。
(3)减速器上应安装有泄压阀并无损坏。
(4)减速器油封是否损坏,如有损坏应更换新品。
(5)减速器壳体是否有损坏,各部位是否漏油和渗油,渗漏油必须更换箱体。
2.与动力总成支撑梁的装配按以下顺序进行:
(1)驱动电机(2103100X1020)与减速器总成(2146100X1010XZ)的装配:
减速器总成通过花键与驱动电机连接,然后转动减速器使减速器与驱动电机之间3个孔位对齐,再使用螺栓组件1(螺栓Q15010105、弹垫Q40310、平垫Q40110组合)1个,螺栓组件2(螺栓Q15010130、弹垫Q40310、平垫Q40110组合)2个将减速器总成与驱动电机连接紧固,拧紧力矩30~40Nm,如下图所示:
驱动电机(2103100X1020)与减速器总成(2146100X1010XZ)的装配
(2)驱动电机支架(2103201U8180)的装配:
使用3个固定螺栓组件(Q1461025)将驱动电机支架(2103201U8180)与驱动电机(2103100X1020)固定,拧紧力矩45~55Nm,如下图所示:
驱动电机支架(2103201U8180)的装配
(3)减速器前支架(2146201U8180)的装配:
使用两个固定螺栓组件(Q1461050)将减速器前支架(2146201U8180)与减速器固定,拧紧力矩50~70Nm,如下图所示:
减速器前支架(2146201U8180)的装配
(4)减速器后支架1(2146202X1010XZ)的装配:
使用2个螺栓(Q1461025)将减速器后支架1(2146202X1010XZ)和减速器固定,拧紧力矩50~70Nm,如下图所示:
减速器后支架1(2146202X1010XZ)的装配
(5)减速器后支架2(2146203X1010XZ)的装配:
使用2个螺栓(Q1461025)将减速器后支架1(2146202X1010XZ)和减速器固定,拧紧力矩50~70Nm,如下图所示:
减速器后支架2(2146203X1010XZ)的装配
(6)动力总成与动力总成支撑梁(1001500X1010XZ)的定位:
将凸焊螺栓穿过电机支架、减速器前支架与动力总成支撑梁(1001500X1010XZ),使用两个螺母(Q33010)预紧,如下图所示;
动力总成与动力总成支撑梁(1001500X1010XZ)的定位
(7)(驱动电机支架(2103201U8180)与动力总成支撑梁(1001500X1010XZ)的连接:
将驱动电机支架(2103201U8180)与动力总成支撑梁对准后,用一个螺栓(Q1461050)将动力总成支撑梁与电机支架预紧,如下图所示:
驱动电机支架(2103201U8180)与动力总成支撑梁(1001500X1010XZ)的连接
(8)减速器后支架1(2146202X1010XZ)和减速器后支架2(2146203X1010XZ)与动力总成支撑梁(1001500X1010XZ)的连接:
减速器后支架安装孔与动力总成支撑梁上的安装孔对准后,由动力总成支撑梁上穿入两个螺栓(Q1461050)连接,预紧,如下图所示:
减速器后支架1(2146202X1010XZ)和减速器后支架2
(2146203X1010XZ)与动力总成支撑梁(1001500X1010XZ)的连接
(9)将所有预紧的螺栓以及螺母紧固,拧紧力矩50~70Nm;
以上装配如下图所示:
装配图
六、故障诊断
序号
故障表现
可能原因
排查方法
1
电机运行不平稳,发生抖动
1.相序不对造成
2.由于缺相原因造成
1.检查控制器与电机的三相出线连接是否正确,是否按出线上的色标一一对应连接。
2.检查控制器与电机三相接线可靠连接。
2
踩下油门电机不转
1.控制信号未置上
2.位置传感器出现故障
3.控制器温度过高
4.电机UVW三相线缆插错
1.检查RUN、CCW、CW等开关信号是否到达控制器,以及油门供电是否正常,输出是否正常。
2.检查电机位置信号连线是否完好,有没有断线的情况。
另外,检查8PIN插头是否接触良好,以及针脚是否完好,是否有污物。
3.控制器温度超过80℃将触发过温保护,等待控制器温度下降到正常值。
4.检查电机UVW三相线缆颜色,严格按照U(黄)V(绿)W(蓝)颜色进行接插。
3
档位挂上后,在未踩油门的情况下电机开始旋转
油门输出残留电压(油门未踏时的输出电压)过高
更换符合控制器最小输出电压的油门踏板。
4
控制器一运行就发生保护锁死输出的情况
1.电机位置传感器输出故障
2.控制器内功率器件有损坏
1.检查电机位置传感器信号供电电源和地线是否有问题,是否有电源未供上和地线脱落的情况。
2.检查时将控制器拆下,使用万用表对控制器直流母线的正负两端分别对控制器三相输出线分别进行测量,如果有短路情况,则说明功率模块有损坏的,返厂修理。
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