城軌牽引內(nèi)置式永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)效率優(yōu)化控制方法研究.pdf

1、城軌交通具有客運周轉(zhuǎn)量大、安全可靠、受干擾少等其他城市客運交通無可比擬的優(yōu)點，對緩解城市交通壓力的作用越來越受到重視。電力牽引具有功率大、速度快、效率高、過載能力強等特點，已經(jīng)成為城軌交通牽引動力的發(fā)展方向。內(nèi)置式永磁同步電機以其體積小、低速輸出轉(zhuǎn)矩大、磁路氣隙小等優(yōu)點，可利用其磁阻效應來提高電機效率和改善調(diào)速特性，特別適宜用作城軌交通的牽引電機。城軌電力牽引系統(tǒng)運行能耗問題引起廣泛關注，牽引系統(tǒng)節(jié)能控制成為城軌牽引系統(tǒng)研究的一個重要方

2、向。論文以城軌牽引內(nèi)置式永磁同步電機(interior permanent magnet synchronous motor，IPMSM)驅(qū)動系統(tǒng)為研究對象，結(jié)合城軌交通運行特性，重點研究內(nèi)置式永磁同步電機效率優(yōu)化及其控制策略的相關理論和方法，為城軌牽引內(nèi)置式永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)節(jié)能降耗應用提供理論和實驗研究基礎。
　　 首先分析內(nèi)置式永磁同步電機的結(jié)構(gòu)和原理，推導其在不同坐標系中的數(shù)學模型，得到相應的等效電路。在分析空間矢量脈

3、寬調(diào)制(Space Vector PWM，SVPWM)電壓型逆變器的工作特點和SVPWM輸出波形諧波成分的基礎上，提出了IPMSM直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)開關頻率優(yōu)化方法，根據(jù)轉(zhuǎn)速和負載自適應控制滯環(huán)寬度值，采用零電壓矢量優(yōu)化分配策略，抑制逆變器輸出電壓電流諧波，減少由諧波引起的鐵芯損耗和銅損，提高系統(tǒng)的效率，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。
　　 針對城軌牽引電機驅(qū)動系統(tǒng)在加速區(qū)和制動區(qū)暫態(tài)運行過程的效率優(yōu)化問題，結(jié)合城軌牽引電機驅(qū)動系統(tǒng)運行特點

4、和電機狀態(tài)方程，提出了最優(yōu)磁鏈/速度控制策略和效率優(yōu)化瞬時功率控制策略。最優(yōu)磁鏈/速度控制策略在充分發(fā)揮永磁同步電機轉(zhuǎn)矩輸出能力的同時，控制定子磁鏈和電機的速度，實現(xiàn)永磁同步電機損耗最小運行，提高電機的運行效率。瞬時功率控制策略是根據(jù)三相電路瞬時功率理論，通過控制電機瞬時輸入有功和無功功率，控制電機定子磁場幅值和位置角度，提高系統(tǒng)的效率以及轉(zhuǎn)矩輸出能力和響應速度。
　　 將城軌牽引電機驅(qū)動系統(tǒng)恒速(巡航)運行效率優(yōu)化控制問題轉(zhuǎn)化

5、為電機穩(wěn)態(tài)運行效率優(yōu)化控制問題。分析了各種損耗與勵磁電流和轉(zhuǎn)速的關系，建立了IPMSM的損耗模型，提出了一種電磁損耗最小的勵磁電流控制方法，實現(xiàn)最小損耗電流和最大輸出轉(zhuǎn)矩控制，提高電機運行效率和改善系統(tǒng)動態(tài)性能。
　　 基于損耗模型的IPMSM驅(qū)動系統(tǒng)效率優(yōu)化控制方法對電機參數(shù)依賴大，實現(xiàn)困難大。研究了黃金分割法和模糊尋優(yōu)法結(jié)合的搜索技術，提出了城軌牽引IPMSM驅(qū)動系統(tǒng)基于集成搜索技術的效率優(yōu)化控制方法。仿真結(jié)果表明：該方法可