面向機(jī)車牽引的感應(yīng)電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)研究.pdf

1、軌道交通的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到人們生活、工作及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,提供安全、快捷、舒適的旅行始終是鐵路運(yùn)輸?shù)淖谥?。在機(jī)車牽引交流傳動(dòng)系統(tǒng)中,牽引變流器作為核心動(dòng)力部件,其正常工作與否將直接關(guān)系到整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)、乃至全車安全可靠運(yùn)行的成敗,開展機(jī)車牽引變流器故障容錯(cuò)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制在機(jī)車牽引中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用,然而兩種控制方案依賴于電機(jī)參數(shù),開展電機(jī)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(guān)頻率的特點(diǎn),為了在充分利用開關(guān)頻率的同時(shí)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(jī)車運(yùn)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(cuò),電機(jī)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(yīng)電機(jī)相斷開,使電機(jī)處于單相容錯(cuò)運(yùn)行狀態(tài)。基于雙旋轉(zhuǎn)磁場理論以及對稱分量法,推導(dǎo)給出了電機(jī)單相運(yùn)

3、行下的等效電路,指出正常運(yùn)行時(shí)的開環(huán)控制策略同樣適用于單相容錯(cuò)運(yùn)行,但帶載能力大大降低并且缺乏自啟動(dòng)能力。根據(jù)電流的特點(diǎn),推導(dǎo)了單相運(yùn)行下電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型以及雙閉環(huán)控制策略,指出電機(jī)存在兩倍供電頻率的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),對于是否需要在速度環(huán)設(shè)置相應(yīng)的低通濾波器來濾除該轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(yīng)的電機(jī)相端點(diǎn)接至直流母線中點(diǎn),利用剩余兩個(gè)橋臂完成對電機(jī)線電壓的調(diào)制,使

4、電機(jī)三相容錯(cuò)運(yùn)行。由于只有四只功率管,導(dǎo)致基本電壓空間矢量中沒有零矢量。為了對零矢量進(jìn)行合成,繼而給出了兩種開關(guān)序列,利用雙傅里葉積分分析,對這兩種開關(guān)序列的諧波銅耗進(jìn)行了分析比較,指出兩者的諧波銅耗相差近三倍。由于電機(jī)一相端點(diǎn)接入了直流母線中點(diǎn),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(dǎo)了電容電壓的波動(dòng)表達(dá)式。這種充放電的不對稱,甚至?xí)?dǎo)致上下兩只電容電壓向相反方向漂移。針對電容電壓波動(dòng),提出了簡單易行的調(diào)制策略來抵消

5、這種波動(dòng)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(guān)狀態(tài)兩個(gè)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(yùn)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(shí)際值間偏差對電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)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(jìn)行了詳細(xì)的分析,推導(dǎo)給出了辨識偏差與各參數(shù)偏差間的關(guān)系式。指出 d軸電壓模型低速時(shí)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(yùn)行工況下,通過調(diào)節(jié)兩個(gè)模型誤差函數(shù)的權(quán)重,充分利用各自的優(yōu)點(diǎn)。
　　針對牽引變流器低開關(guān)頻率的特點(diǎn),基于FFT分析給出了兩種同步調(diào)制對稱方式的數(shù)學(xué)模型。在給出關(guān)于開關(guān)角度計(jì)算的超越方程的基礎(chǔ)上,將這一求解問題轉(zhuǎn)化為帶約束的單目標(biāo)優(yōu)化問題,并利用序列二次規(guī)劃法(SQP)對這一問題進(jìn)行了求解。根據(jù)解曲線的特點(diǎn),采用擬合的方法對曲線進(jìn)行了分段多項(xiàng)式擬合,以便于實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)。