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南陽理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 電子與電氣工程 學(xué)院 電氣工程及其自動化 專業(yè) 課題名稱：電動汽車異步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 楊修光 學(xué) 號： 1309614042 指導(dǎo)教師： 張菊艷 講師 報告日期： 2015.01.10 1． 本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）的研究現(xiàn)狀綜述 選題的目的及意義： 隨著交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，節(jié)能、環(huán)保的理念得到了越來越廣泛的重視，電機交流變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的調(diào)速和啟動、制動性能，高效率、高功率因數(shù)，顯著的節(jié)電效果，進而可以改善工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善工作環(huán)境，推動技術(shù)進步，以及廣泛的適用范圍等許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最優(yōu)發(fā)展前途的調(diào)速方式，給電動汽車的研發(fā)開辟了新的前景。電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車最關(guān)鍵的部分之一，它決定整車的性能，國外電動汽車開始使用交流驅(qū)動系統(tǒng)來取代直流驅(qū)動系統(tǒng)，已成為驅(qū)動系統(tǒng)的主流。目前我國交流異步電動機驅(qū)動系統(tǒng)的研究在滿足電動汽車特殊要求方面還處于研究階段。 本題目從應(yīng)用角度出發(fā)，要求學(xué)生掌握電動汽車異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的控制電路及基本工作原理，熟悉和應(yīng)用相關(guān)知識，了解系統(tǒng)設(shè)計的方法和過程，通過設(shè)計體會異步電動機調(diào)速系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域內(nèi)的潛能，了解電動汽車異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展過程，理解多學(xué)科交叉、融合的發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和分析設(shè)計問題的工作能力。 （1） 、本課題主要涉及問題： 首先是明確研究思路。研究的思路主要是理論的提出，電路模型的建立，各種方案的比較，電器元件的選擇，最終方案的確定。 其次是研究的方法。研究的方法主要以整體考慮，分塊研究的方式，整體考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，繪制電氣原理圖以及系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計，分塊研究所需要的各個電器元件以及軟件設(shè)計的各個不分，最終將各個分塊整合以實現(xiàn)電動汽車異步電動機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。 （2）、國外研究現(xiàn)狀： 在電動汽車異步電動機調(diào)速系統(tǒng)方面，日本本田公司的Insight混合動力汽車，被美國環(huán)?？偸鹪u為2001年美國十大節(jié)能汽車的第一名，豐田汽車公司的prius混合動力汽車獲得第二名。美國能源部與三大汽車公司迄今已開發(fā)出多種形式的混合動力電動汽車，例如克萊斯勒ESX3、福特的Prodigy2000、通用的Plecept和Benz等，PNGV項目在HEV性能仿真、汽車集成動力模塊等技術(shù)領(lǐng)域取得了顯著成就。 （3）、國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 在國內(nèi)，“電動汽車技術(shù)研究”是國家科委“八五”科技攻關(guān)項目。在清華大學(xué)的組織下，研制出7輛16座電動輕型客車；“九五”期間，東風(fēng)汽車公司承擔(dān)并完成了國家重大科技攻關(guān)項目“電動轎車概念車設(shè)計”的整車（BF）研制工作?！熬盼濉蹦┢谖覈陔妱悠嚨娜箨P(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域（電池、電機、電控系統(tǒng)）取得突破?？萍疾恳褜㈦妱悠嚠a(chǎn)業(yè)化列為“十五”國家863重大科技攻關(guān)項目，“十五”期間。國家計劃投入近10億元來支持電動汽車的前瞻性研究。在“九五”科技攻關(guān)計劃的推動下，我國開發(fā)出多種電控發(fā)動機，在電機控制方面取得了重大突破。但在雙能量源混合動力電動汽車動力系統(tǒng)的自動控制方面剛剛起步，包括控制算法的研究和控制器的開發(fā)，還未有完整的系統(tǒng)。 2． 本人對課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 （1）、任務(wù)要求： 1）查找與本設(shè)計項目有關(guān)的材料。 2）了解電動汽車異步電動機調(diào)速系統(tǒng)原理作用，能夠運用交流調(diào)速系統(tǒng)特點到整個系統(tǒng)中。 3) 異步電動機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速適度調(diào)節(jié) 4）根據(jù)實驗室條件，系統(tǒng)部分仿真，部分試驗驗證。 （2）、可行性分析： 1）研究的必要性：電動汽車是以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輛行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。它是涉及到機械、電力、電子、計算機控制等多種學(xué)科的高科技產(chǎn)品。電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括蓄電池技術(shù)及電池管理，車體技術(shù)，電機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)。電動汽車是由車體、電機驅(qū)動系統(tǒng)、儲能電池和能量管理系統(tǒng)組成的，其中電機驅(qū)動系統(tǒng)是最關(guān)鍵的部分之一。 2）設(shè)計原理可行性：通過自己查閱電動汽車異步電動機調(diào)速系統(tǒng)有關(guān)的知識以后，對整個設(shè)計思路有個大致的了解。這次升級的主要環(huán)節(jié)就是首先要理解電動汽車工況對電機驅(qū)動系統(tǒng)的特殊要求，電機驅(qū)動系統(tǒng)除了具有普通電氣傳動的共性外，還應(yīng)滿足電動汽車特定的用途的要求?；僖韵麓筠D(zhuǎn)矩以適應(yīng)快速啟動、加速、負荷爬坡、頻繁啟停等要求，基速以上小轉(zhuǎn)矩、恒功率、寬范圍以適應(yīng)最高車速和公路飛馳、超車等要求。整個轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速運行范圍內(nèi)的效率最優(yōu)化，以謀求電池一次充電后的續(xù)駛里程盡可能長。電機及電控裝置結(jié)構(gòu)堅固、體積小、重量輕、抗顛簸振動。操縱性能符合司機駕駛習(xí)慣，運行平穩(wěn)，乘坐舒適，電氣系統(tǒng)失效保障措施完善。單位功率的系統(tǒng)設(shè)備價格盡可能的低。 3）知識能力的可行性：通過綜合運用平時所掌握的異步電機變頻調(diào)速技術(shù)、PLC專業(yè)知識、和以前課程設(shè)計中所培養(yǎng)的解決實際問題的能力及實踐動手能力完成利用交流變頻原理設(shè)計了交-直-交電壓型SPWM變頻器，逆變電路運用了IGBT模塊，仿真出波形，達到預(yù)期的結(jié)果，驗證此方案的可行性 4）實驗條件的可行性：學(xué)院具備該方面的實驗室與試驗測試設(shè)備，并且軟件部分可實現(xiàn)仿真。在老師的精心指導(dǎo)下，按照研究課題設(shè)計要求經(jīng)過設(shè)計、調(diào)試與測試分析，一定能夠按計劃完成研究任務(wù)的系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)，理論與實際相結(jié)合起來。 3．本課題需要重點研究的關(guān)鍵問題及解決的思路 （1）、關(guān)鍵問題（包含系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)）： 1）異步電動機的控制方案。 2）主電路的設(shè)計和外圍配件的選擇。 3）變頻器的控制方法。 4）調(diào)速系統(tǒng)的仿真實現(xiàn) 5) 加、減速時間電阻設(shè)置 6) 信號正弦波形的采用 7) 電路模塊化結(jié)構(gòu)的運用。 （2）、主要設(shè)計內(nèi)容： 1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計； 2)熟悉并掌握電動汽車異步電動機調(diào)速控制的原理和要求； 3)系統(tǒng)控制電路的設(shè)計； 4)變頻器原理框圖的設(shè)計； 5)參數(shù)設(shè)定信號的控制； 6)外部信號的控制； 7)系統(tǒng)運行過程的分析； 8)相關(guān)設(shè)計的說明。 （3）、解決思路： 1）首先熟悉三相pwm波形發(fā)生器的原理及其應(yīng)用方向，以便于更好的使得電動汽車異步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)的使用效果。 2）變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾，而且會產(chǎn)生高次諧波，這種高次諧波會通過供電回路進入整個供電網(wǎng)絡(luò)，從而影響其他儀表。如果變頻器的功率很大占整個系統(tǒng)25%以上，需要考慮控制電源的抗干擾措施 3）通過對以前變頻器知識的學(xué)習(xí)，根據(jù)實際生產(chǎn)中對變頻器額定值和性能的指標(biāo)要求，計算功率、轉(zhuǎn)矩、容量等，選取合適該設(shè)計中的電動機和變頻器。 4．完成本課題所必須的工作條件（如工具書、實驗設(shè)備或?qū)嶒灜h(huán)境條件、某類市場調(diào)研、計算機輔助設(shè)計條件等等）及解決的辦法： （1）、南陽理工學(xué)院電子系電氣實驗室。 （2）、技術(shù)支持： 1) 三相PWM波形發(fā)生器、異步電機、變頻器、 2) 南陽理工學(xué)院圖書館。 （3）、主要參考資料： [1]馬憲民，電動汽車的電氣驅(qū)動系統(tǒng)，西安公路交通大學(xué)學(xué)報，2010,21（3）：83-86 [2] 阿布里提。阿布都拉，清水健一，電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r和開發(fā)動向，電工電能新技術(shù)，2008，（1）：49-53 [3] 宋慧，胡驊，電動汽車的現(xiàn)狀及發(fā)展，汽車電器，2009，（2）：53——57 [4]王樹編著.變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社,2005.110-168 [5]劉松編著.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].北京：清華大學(xué)出版社, 2006.51-61. [6]李天義 異步電機矢量控制系統(tǒng)的節(jié)能研究[J] -電力電子技術(shù)2009(7) [7] 董訥.李楠 異步電動機輕載節(jié)能控制系統(tǒng)研究 [J] -機電工程技術(shù)2009(7) [8] 羅海福等.一種參數(shù)模糊自適應(yīng)模糊PID的設(shè)計與仿真[J].自動化與儀器儀表，2008,95(3):1～3 [9]張舟云,貢俊. 新能源汽車電機技術(shù)與應(yīng)用[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2012. [10]石川憲二,新能源汽車技術(shù)及其未來[M].譯者,康龍云 余開江.科學(xué)出版社,2012. [11] Bose B K.Patel N R.Rajashekara K A neuro- fuzzy-based on-Line efficiency optimization control of a stator flux-oriented direct vector-controlled induction motor drive 2007(2) [12] Matsuse K Katsuta Fast rotor flux control of vector controlled induction motor operating at maximum efficiency for electric vehicles 2006 [13] Rowan T M.Lipo T A A quantitative analysis of induction motor performance improvement by SCR voltage control 2003(3) （4）、英文資料翻譯及其它要求： 1）翻譯相關(guān)英文資料 2）撰寫畢業(yè)設(shè)計論文 5．完成本課題的工作方案及進度計劃 進度安排： 第一階段：熟悉要求，查找相關(guān)資料。 1周 第二階段：撰寫開題報告。 2-3周 第三階段：設(shè)計、實習(xí)階段。 4-10周 第四階段：分系統(tǒng)結(jié)合、協(xié)調(diào)階段。 11-12周 第五階段：系統(tǒng)修改階段、參與人員座談及制定和執(zhí)行整改計劃。 13周 第六階段：聯(lián)調(diào)、仿真、資料整理階段。 14-15周 第七階段：答辯。 16周 6．指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師（簽字）：　　　　　　 年 月 日 7．系畢業(yè)設(shè)計（論文）工作領(lǐng)導(dǎo)小組評審意見 領(lǐng)導(dǎo)小組組長（簽字）：　　　　　 　　　　　　學(xué)院（簽章） 年 月 日 說明： 1. 本報告必須由承擔(dān)畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書”、正式開始做畢業(yè)設(shè)計（論文）的第2周或第3周末之前獨立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 2. 每個畢業(yè)設(shè)計（論文）課題撰寫本報告一份，作為指導(dǎo)教師、畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)小組審查學(xué)生能否承擔(dān)該畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的依據(jù)，并接受學(xué)校的抽查。