摘 要：針對當前電動汽車存在體積大、能量密度低的缺點，提出了一種采用于高頻交流離散脈沖密度調制的異步電動機矢量控制系統，分析了系統的工作原理和控制方法。理論分析和仿真研究表明系統具有能量密度高、體積小和效率高的特點。

    關鍵詞：電動汽車 高頻交流 脈沖密度 矢量控制

    1 問題的由來

    目前，全世界擁有各類汽車約5億輛，年消耗石油約7億噸，排放的有害物質超過2億噸，約占空氣污染總量的61%，對人類的生存空間造成了嚴重的環境污染問題。電動汽車以其節約石油資源、減少大氣污染的優點，正日益受到重視，被認為是21世紀的一種重要交通工具。許多國家加強了電動汽車的研究，有的國家還制定了有關法律，限制燃油汽車的銷售，擴大電動汽車的銷售量。

    電動汽車的核心技術是電氣驅動系統。從目前國內外研究的電氣驅動系統來看，都還存在著能量轉換效率低、體積龐大和效率比較低的問題。

    在電氣傳動領域，高頻交流逆變技術以其性能好、小型輕量化等優點正逐步替代傳統的逆變技術。在高頻交流逆變技術中，采用零電壓開關技術或零電流開關技術的所謂軟開關變換器提高了開關頻率，被認為是21世紀高性能變換器發展的主流。本文結合零電壓開關技術，提出一種新的高頻交流脈沖密度調制控制策略，作為解決電動汽車電氣驅動系統現有問題一個可能的方案。

    2 高頻交流脈沖密度矢量控制系統

    本文提出用于電動汽車的高頻交流脈沖密度控制系統如圖1所示。圖中，電池組直流電壓vb由逆變電路變為交流信號，再經電感和電容構成的混聯諧振電路調諧為高頻交流信號。該高頻交流信號通過高頻變壓器隔離和升壓，作為標準的高頻正弦電壓源經由變換器向電機饋電。從圖1中可以看出，這種高頻交流變換器實質是ac-ac變換器，但它與一般的ac-ac變換器的最大區別在于它的輸入端是高頻恒頻恒壓電源。由于電流的雙向流動，采用了兩個反串聯的igbt和相應的續流二極管組成交流雙向開關。

    控制方案采用一般的滑差型矢量控制，以求控制電路的簡單化。理論分析表明，將直流信號逆變為交流信號時，輸出的波形中會含有一定的高次諧波分量。為了抑制高次諧波，混聯諧振電路的諧振頻率選擇得比較高，通常都在20khz或20khz以上。另外，諧振網絡中的電感和電容還兼有濾波功能。

    圖2 變換器網絡模型

     ii(ωt) io(ωt)

    vs(ωt) vo(ωt)

    開關函數

    s(ωt)

    3 高頻交流離散脈沖密度調制原理

    根據電路網絡理論，圖1所示的電路可以抽象為一般的網絡，如圖2所示。

    圖中，vs(ωt)為輸入電壓信號，vo(ωt) 為輸出電壓信號，s (ωt)為開關函數，亦即變換器的傳遞函數。由自動控制理論可知，輸出電壓的表達式為：

    于是，圖1中相對于環節交流電源中點的相電壓vao，vbo和vco的表達式分別為：

    其中，輸入信號在方波工作模式下的傅里葉表達式可以推導為