面向機車牽引的感應電機傳動技術研究.pdf

1、軌道交通的安全穩(wěn)定運行關系到人們生活、工作及社會經(jīng)濟發(fā)展,提供安全、快捷、舒適的旅行始終是鐵路運輸?shù)淖谥?。在機車牽引交流傳動系統(tǒng)中,牽引變流器作為核心動力部件,其正常工作與否將直接關系到整個傳動系統(tǒng)、乃至全車安全可靠運行的成敗,開展機車牽引變流器故障容錯研究具有重要的現(xiàn)實意義。矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制在機車牽引中已經(jīng)得到了廣泛應用,然而兩種控制方案依賴于電機參數(shù),開展電機參數(shù)辨識的研究對于提高牽引控制系統(tǒng)性能具有重要的作用。面對牽引變流器

2、大功率低開關頻率的特點,為了在充分利用開關頻率的同時降低輸出諧波對系統(tǒng)性能的影響,同步調(diào)制策略將是牽引變流器在一定調(diào)制頻率下的必然選擇。為此,本文以提高在途機車運行的安全性以及控制系統(tǒng)的性能為目的,以牽引變流器逆變側(cè)故障容錯,電機參數(shù)辨識,同步調(diào)制為主要內(nèi)容展開系統(tǒng)深入研究。
　　針對牽引變流器逆變側(cè)某只功率管故障,本文研究將該橋臂與對應電機相斷開,使電機處于單相容錯運行狀態(tài)?；陔p旋轉(zhuǎn)磁場理論以及對稱分量法,推導給出了電機單相運

3、行下的等效電路,指出正常運行時的開環(huán)控制策略同樣適用于單相容錯運行,但帶載能力大大降低并且缺乏自啟動能力。根據(jù)電流的特點,推導了單相運行下電機的動態(tài)數(shù)學模型以及雙閉環(huán)控制策略,指出電機存在兩倍供電頻率的轉(zhuǎn)矩脈動,對于是否需要在速度環(huán)設置相應的低通濾波器來濾除該轉(zhuǎn)矩脈動則需要根據(jù)系統(tǒng)慣量大小酌情而定。
　　針對牽引變流器逆變側(cè)某只功率管故障,本文研究將該橋臂對應的電機相端點接至直流母線中點,利用剩余兩個橋臂完成對電機線電壓的調(diào)制,使

4、電機三相容錯運行。由于只有四只功率管,導致基本電壓空間矢量中沒有零矢量。為了對零矢量進行合成,繼而給出了兩種開關序列,利用雙傅里葉積分分析,對這兩種開關序列的諧波銅耗進行了分析比較,指出兩者的諧波銅耗相差近三倍。由于電機一相端點接入了直流母線中點,使得上下兩只電容不停地充放電。在三相電流對稱的前提下,推導了電容電壓的波動表達式。這種充放電的不對稱,甚至會導致上下兩只電容電壓向相反方向漂移。針對電容電壓波動,提出了簡單易行的調(diào)制策略來抵消

5、這種波動所造成的影響。針對電容電壓漂移,分別從調(diào)制策略和開關狀態(tài)兩個角度分析提出了簡單可靠的漂移抑制方案,提高了系統(tǒng)運行的可靠性。
　　針對d軸電壓模型和無功功率模型中參數(shù)與其實際值間偏差對電機轉(zhuǎn)子時間常數(shù)辨識結(jié)果的影響。本文對這兩種模型的參數(shù)敏感性問題進行了詳細的分析,推導給出了辨識偏差與各參數(shù)偏差間的關系式。指出 d軸電壓模型低速時受定子電阻變化的影響較大,但受互感變化的影響較小,而無功功率模型則切好相反?；诖?提出將d軸電

6、壓模型和無功功率模型相結(jié)合組成混合辨識模型,在不同的運行工況下,通過調(diào)節(jié)兩個模型誤差函數(shù)的權(quán)重,充分利用各自的優(yōu)點。
　　針對牽引變流器低開關頻率的特點,基于FFT分析給出了兩種同步調(diào)制對稱方式的數(shù)學模型。在給出關于開關角度計算的超越方程的基礎上,將這一求解問題轉(zhuǎn)化為帶約束的單目標優(yōu)化問題,并利用序列二次規(guī)劃法(SQP)對這一問題進行了求解。根據(jù)解曲線的特點,采用擬合的方法對曲線進行了分段多項式擬合,以便于實際工程實現(xiàn)。