电动汽车用异步电机变流控制关键性技术研究..docx

电动汽车用异步电机变流控制关键性技术研究一、研究现状1.1研究背景汽车作为现代科技的产物赋予了人们生活极大的便利,然而随着石油、天然气等自然能源的短缺与汽车产业规模的日益扩大，传统汽车行业面临了极大的发展危机。根据有关统计，世界能源消耗量从2005 年到2030 年预计将增加一倍。而按照当前汽车产业的发展规模，预计到2020年，全球汽车产量将达到1.1亿辆。根据国务院发展研究中心估计，我国作为世界第四大汽车生产国和第三大汽车消费国，到2020年，我国的汽车保有量将达到 1.4亿辆，机动车辆的燃油需求分别为1.38亿吨和2.56亿吨，分别为当年全国石油总需求量的43%和57%。由于我国石油资源短缺，目前石油进口量每年都在快速增长，因此大力发展新能源汽车，用电力取代传统能源，是全球尤其是我国能源安全的必然要求。汽车行业规模的与日俱进带来了环境的加速恶化。2009年丹麦哥本哈根气候峰会上，减排、低碳成为重要议题。汽车行业是全球二氧化碳排放的第二大行业，占到了全球二氧化碳排放量的四分之一。2005年，二氧化碳排放量为281亿吨，到 2030年，这一数字将上涨至423亿吨。我国环境问题尤其严峻，我国二氧化碳排放量位居全球第二，世界十大污染城市有七个位于我国，其中，汽车尾气污染已经成为城市大气污染的重要因素。2012年末至2013年初，包括北京在内的全国多处地区出现大规模雾霾天气，PM2.5指数严重超标。一系列环境问题的出现使得发展电动汽车，合理利用新能源以实现节能减排迫在眉睫。1.2电动汽车基本概念 电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。 1.2.1 电动汽车的优势相比于传统内燃机汽车，它具有以下优势：1）节约能源：除去效率很高的燃料电池电动汽车，一般电动汽车的能源利用效率至少有百分之十九，高于传统汽车的百分之十二。2）大大减少污染：由于电动汽车少用燃油（混合动力汽车）甚至不用燃油，因此其排出的尾气很少甚至没有任何形式的尾气排放，产生的废热也明显少于传统汽车，因此其对环境的保护作用非常明显。3）噪音低：与内燃机汽车相比，电动汽车仅具有与后者相同的机械传动噪声，而内燃机还具有发动机的工作噪声、尾气排放噪声等，因次电动汽车具有低噪声的优点。4）可以使用多样的能源形式：电动汽车既可以直接从电网获取电能，也可以使用经光伏、风电、化学反应、机械运动等产生的电能。 5）电动汽车蓄电池充电可以在夜间进行，从而最大限度的利用了电力资源。1.2.2电动汽车分类 电动汽车有纯电动汽车（BEV）、混合动力汽车（HEV）和燃料电池汽车（FCEV）三种主要类型1.2.3我国发展电动汽车的优势 我国在电动汽车领域具有以下优势： 1）核心资源丰富。锂和永磁材料作为电动汽车的核心零部件，其在中国的储量十分丰富。我国已探明的锂储量高达 380 多万吨，位居世界第二位。我国稀土资源储量占据世界总储量的 58％，位居世界第一位，并且也是世界第一大稀土资源出口国。 2）产业基础坚实。我国的电动自行车和电动摩托车产业发展非常迅速与庞大。目前，我国既是轻型电动车的最大生产国也是最大市场。随着市场的繁荣而兴起的还有电池和驱动电机等核心部件的生产，这为大力发展电动汽车核心部件的生产奠定了坚实的产业基础。 3）市场需求大且多样化。我国正处在飞速发展的时期，对汽车的需求量与日俱进，因此具有广阔的市场前景。并且我国在未来相当长时间内会处于各地区经济水平参差不齐的阶段，因此各地区消费者对汽车的需求也不尽相同，这有利于发展各种不同类型的电动汽车。 4）基础设施建设优势明显。与发达国家城市建设期已经结束不同，我国正处在快速发展期，许多地区的城镇化、城市化建设才刚刚起步，因此有利于新建电动汽车充电站等基础设施。二、电动汽车基本驱动研究电动汽车主要由电驱动及控制系统、机械传动系统、实现有关功能的辅助系统三大部分组成。其中电驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是其相对于传统内燃机汽车的最大不同点。电动汽车的关键性技术主要有: 电池技术、电机驱动及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术。电机控制系统中，对电磁转矩控制的品质将影响整个系统的性能。直流电机由于其主磁通和电枢在空间分布的位置固定且相互垂直，因此可以通过对励磁电流和电枢电流的独立控制，实现对电磁转矩和转速的良好调节。而异步电机是一个多变量，强耦合，高阶非线性的系统，传统的 VVVF 控制方法和转速闭环转差频率控制策略从电机的稳态电路和稳态转矩公式出发，其动态性能不能完全达到直流双闭环调速系统的水平，特别是在如数控机床，载客电梯等需要高动态性能的应用场合，不能完全适应。1971 年，联邦德国的 Felix.Blaschke和美国的 P.C.Custman,A.A.Clark 分别提出“感应电