单周期控制在牵引传动系统拍频抑制中的应用

针对电气化铁路单相交流供电及列车网侧牵引变流器拓扑特点所引起的牵引电机拍频问题,首先分析了直流侧电压存在2倍电网频率脉动的特征,针对直流侧无LC滤波器的交-直-交电力牵引传动系统,揭示了当逆变器的工作频率接近2倍电网频率时电机拍频现象最为严重的原因。然后利用单周期控制在输入电压脉动时仍能满足伏秒平衡的原理,并结合间接转子磁场定向矢量控制,提出将单周期控制算法作为牵引逆变器的调制策略,实现牵引逆变器-电机系统的无拍频控制。最后,搭建基于OP5600/RT-LAB实时仿真器与DSP TMS320F2812控制器的牵引传动系统半实物实验平台,对传统空间矢量脉宽调制与单周期控制算法进行了半实物实验对比验证,结果表明单周期控制算法能有效地抑制电机的拍频现象。     

基于频域分析的无拍频控制策略离散化方法

交直交供电模式的动车组牵引系统中,单相脉冲整流器的特性使得直流侧存在2倍频脉动分量。该脉动分量使得电机的转矩和电流均存在脉动,即拍频现象。传统方法通过硬件LC滤波器抑制直流电压脉动,该方法降低了交流器的功率密度并且增加了成本。本文首先对拍频现象做了分析,提出适用于转子磁场定向矢量控制系统的无拍频控制策略。控制器在数字系统中的控制性能依赖于离散化方法,本文对采用后向欧拉离散的传统脉动电压采样进行了优化以准确获得脉动分量,然后用八种离散化方法分别对本文控制器进行离散化处理,从离散精度、控制性能和数字实现难易程度进行了详细对比,得到针对本文控制器的最优离散化方法,最后对本文所提方法进行了仿真和实验验证。     

三电平牵引变流器无拍频控制的硬件在回路实时仿真

针对高速列车三电平牵引变流器-牵引电机系统,探讨了无拍频控制牵引系统的硬件在回路实现方案,并进行了测试分析。本文首先对高速列车用三电平逆变器-电机系统的数学模型进行详细分析,考虑死区效应和PWM采样误差的影响建立了基于dSPACE的实时运行模型。然后,为了抑制三电平逆变器处于单脉冲控制阶段时由于拍频影响产生的电机转矩和电流脉动现象,给出了一种基于转子磁场定向瞬时改变逆变器频率的无拍频控制策略。该策略的控制原理是基于伏秒平衡原则,通过瞬时改变逆变器的输出频率来减小逆变器输出电压每周期正负半周的不平衡量。最后,对有无采用该控制策略两种情况下的控制效果进行了实时仿真测试对比,测试结果验证了该实现方案的有效性和可行性。     

地铁牵引变流器-电机系统稳定性控制

牵引变流器-电机系统是地铁车辆传动的主要组成部分,供网电压波动、直流侧滤波电感与支撑电容参数受限选取以及牵引变流器控制策略所产生的负阻抗特性都会引起系统直流侧电压和电流的持续振荡,继而造成电机输出转矩脉动,降低系统稳定性。本文通过建立异步电机形等效电路以及转子磁场定向矢量控制近似线性化模型,推导出牵引变流器的输入导纳方程,进而阐释了车辆运行过程中滤波器-牵引变流器-电机系统的振荡机理,并在此基础上提出了一种通过在线修正电机定子电流转矩分量给定值以调整牵引变流器输入导纳的新型稳定性控制器,模型仿真和实验结果验证了所述理论的正确性和有效性。     

牵引变流器直流母线电压脉动下的无拍频电流控制方法

交流供电方式下,单相整流器的工作特性导致牵引变流器的输入功率呈现脉动形式。为吸收该脉动分量,业界主流方法是在直流母线上并联LC无源滤波器,该方案大大降低了装置的功率密度。取代该滤波器的有效途径是通过实时计算对牵引逆变器的PWM脉冲宽度进行精确补偿,使得逆变器即便工作于剧烈脉动的母线电压下,也不会输出有害的拍频电压/电流。然而对于大功率低开关频率应用场合,传统的前馈补偿方案效果不佳。本文提出了一种母线电压重复预测器,使前馈补偿性能得到极大改善。该预测器利用母线电压脉动的重复性,精确预测下一个开关周期内母线电压的平均值,再应用面积等效算法计算下一拍所需的脉冲宽度。稳态实验结果表明,相比传统的前馈补偿方法,本方法将逆变器输出侧的拍频电流降低了6～7倍。负载突变时,只需通过控制手段确保整流器输出的母线电压跌落小于10%,则动态过程中的拍频电流亦不大。     

地铁牵引变流器试验系统方案

地铁牵引变流器试验系统是一个高阶次、非线性、强耦合的多变量系统,其静态和动态性能的好坏直接关系到地铁机车的性能,本文对搭建性能可靠、使用方便、测量数据准确的主牵引系统实验平台的整个工作过程作了详细介绍,给出了该系统的试验方案。对地铁牵引变流试验研究工作者有实际意义。     

基于间接磁场定向的电力牵引系统的研究

本文依据矢量控制的基本原理,针对电力牵引系统对电机控制性能的要求,设计了基于转子磁场定向的矢量控制交流调速系统.以双DSP为核心,研制开发了相应的全数字化控制系统.文中对该系统的矢量控制原理、主电路构成、控制系统的设计都作了介绍.在理论分析的基础上,对该系统进行了建模,并完成了实验系统设计和相应的实验研究.实验结果验证了该电力牵引矢量控制系统具有良好的稳态与动态性能.     

直线电机地铁车辆牵引系统国产化应用研究

为解决国内直线电机(LIM)轨道交通牵引传动系统关键技术及备品备件完全依赖进口、维修维护困难、车辆运营成本高的现状,研究开发了具有完全自主知识产权的大功率强迫风冷式LIM牵引变流器系统。针对LIM特殊结构引起的边端效应等问题对传统间接磁场定向矢量控制方式进行了优化。考虑到LIM次级时间常数发生变化对磁场定向的影响,导致转矩控制性能下降,提出了一种基于最小电流的参数在线辨识方法。所提方法计算简单、不依赖于电机其他参数,试验台测试结果证明了该算法的准确性和有效性。在地铁实际运营线路的试验结果表明,国产化牵引变流器各项性能满足车辆技术要求,而且效率等部分指标优于原车进口牵引系。     

电力电子和牵引电机技术

由于电力电子技术的发展,铁道车辆用牵引电机中开始广泛使用交流牵引电机。在使用的初期阶段为感应牵引电机方式和同步牵引方式并用。其后,随着GTO和IGBT式的自我消弧方式部件的实用化,逐渐固定于电压式逆变器。因此加感应电机驱动后,永磁同步电机开始出现。在控制方式上,由以前的转差频率控制逐渐向32位的矢量控制普及,同时应用无速度传感器控制。这样,就实现了驱动系统和车辆系统的较好的组合方式。     

一种应用于动车组牵引变流器控制的变压器直流偏磁抑制方法

动车组(EMU)牵引供电系统采用25 kV单相牵引变压器从接触网取电,EMU运行过程中的弓网离线、功率器件的非线性特性、硬件电路和控制系统的不对称性等,均会引起直流分量通过电气回路注入车载牵引变压器,引起变压器的直流偏磁。通过将比例-积分-谐振(PIR)控制应用于电流内环控制器,同时实现正弦信号的稳定跟踪和直流分量的抑制。仿真和硬件在环的半实物仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

牵引电机轴承温升问题分析

牵引电机轴承作为动车组的关键部件,其可靠性直接决定了动车组运行的安全与质量.轴承温升过高将会严重影响轴承的寿命,甚至烧坏轴承.针对某型牵引电机轴承温升不降的问题,对可能原因进行逐一分析,排查出导致轴承温升不降的原因,并提出了控制措施,从而提高牵引电机出厂轴承温升试验的合格率.     

电气化铁路牵引供电系统研究现状及关键性技术

伴随着社会发展需求,电气化铁路在国民经济中所占比重越来越大,促进了经济的发展,但给公共电网带来的谐波、无功和负序电流问题也日益凸显。围绕着上述问题,国内外开展了很多研究。针对国内外相关研究和所取得的成果,阐述目前电气化铁路牵引供电系统存在的问题及各种解决方案,对各种解决方案的优势和不足进行归纳总结,并进行了分类,提出无牵引变压器新型同相供电系统的实现思路及关键控制技术,为同相供电的理论研究和实际应用提供参考。     

牵引电机定子线圈涨型过程分析

介绍了涨型机的工作原理,包括涨型参数、夹持机构自由度分析、涨型过程分析以及各点运动方程。以某牵引电机线圈为例,利用所分析的涨型理论制造出了符合图纸要求的线圈。根据运动方程绘制出的各点运动轨迹与现场观察到的涨型机各夹持机构的运动轨迹比较,得到完全相同的结果。     

Power Converters for Feeding Asynchronous Traction Motors of Single-Phase AC Vehicles

Asynchronous induction motors are very well suited to powerful traction drives. For electric locomotives and motor coaches with single-phase supply, a power conversion on the vehicle is necessary. Three different types of static power converters for this application are described. Indirect ac converters with direct voltage link have been developed successfully in the past. For indirect ac converters with direct current link some problems are discussed. At last a self-commutated direct ac converter with suppressed dc link is presented.     

动态电压恢复器数字矢量控制方法的性能分析及改进

动态电压调节器(dynamic voltage restorer,DVR)是解决暂态电能质量问题的有效手段。根据DVR在dq同步旋转坐标系下的状态空间模型,采用前向欧拉法和无差拍控制原理推导得出包含内环电流控制器和外环电压控制器的数字双矢量控制算法。利用闭环模型进行稳定性分析和频率响应分析,研究参数变化对数字控制系统的影响。为补偿数字控制系统的采样延迟和计算时间,采用状态观测器对输出电流进行预估,并反馈至内环矢量电流控制器。仿真结果表明算法具有良好的动态和静态性能。提出2种改进的双矢量控制算法,实现对不对称电压跌落的无差补偿,并通过仿真和实验进行初步验证。     

DC-DC变换器非线性混沌现象研究

DC-DC变换器混沌现象是一个必须加以重视的问题，它的研究一方面将深刻认识DC-DC变换器的本质，解释一些以往无法分析的现象，如不规则的电磁噪声、无法用常规方法控制的运动状态；另一方面将有可能利用混沌理论提出新的控制策略和控制方法，实现现有DC-DC变换器无法达到的性能。为此，本文从确定性运动、随机运动角度分析DC-DC变换器混沌现象研究的必然性，明确DC-DC变换器混沌现象的研究目的，综合分析DC-DC变换器混沌现象的基本类型，归纳出DC-DC变换器混沌现象的研究方法，对DC-DC变换器混沌研究的发展和未来应用进行展望。     

电气化铁道牵引网故障测距中行波法的应用

根据电气化铁道牵引供电系统线路结构、供电及运行方式等特点和不同故障测距方法的比较,详细分析了行波法应用于电气化铁道牵引供电系统的可行性和应用方案;还初步探讨了其它需要考虑的问题。     

高速电铁牵引供电自动化系统方案研究

分析了高速电铁牵引供电系统的特点及其控制和保护集成为自动化系统的必要性,阐述了电力牵引供电系统牵引供电臂内控制和保护的特点及其相互配合关系。提出了以牵引变电所两个供电臂为单元构成自动化系统的功能配置及结构模式,同时讨论了系统网络配置及组网方式,并简要描述了软件需求分析。     

电铁牵引站V/V牵引变压器注入系统的谐波和负序分析

为了分析牵引供电系统产生的谐波和负序电流所造成的影响,建立了基于PSCAD/EMTDC的典型牵引供电系统和公用电网的模型。在V/V接线形式的牵引变压器下,分析两供电臂机车不同台数运行方式下产生的谐波和负序的影响。