弱磁控制算法在标准地铁永磁牵引系统中的研究及应用

为了在永磁牵引逆变器直流侧电压达到最大值后获得更宽的调速范围,需要在基速以上运行时对永磁同步电机进行弱磁控制。在研究了永磁同步电机弱磁原理的基础上,提出一种基于Newton-Raphson迭代公式的永磁同步电机弱磁算法,该方法不仅可以使永磁同步电机在基速以上稳定运行,而且可以使输出转矩与指令基本保持一致。通过MATLAB/Simulink仿真及在中车大连电力牵引研发中心有限公司试验中心试验证明了该弱磁控制算法的可靠性与有效性。目前,该算法已在系列化标准地铁永磁牵引系统中得以应用。     

拍频抑制算法在200km/h动车组中的应用

在动车牵引系统中,由于采用单相四象限整流器,会在中间直流电压中产生频率为100 Hz的二次脉动谐波分量,由此引发逆变器拍频现象,从而影响牵引系统的稳定性。为此,在分析了拍频现象产生机制及对电流影响的基础上,提出基于角速度补偿的拍频抑制算法和调制度修正方法,然后将其应用于牵引异步电机的控制系统中。通过Simulink仿真及试验进行验证,结果表明,基于角速度补偿的拍频抑制算法和调制度修正方法应用在牵引异步电机控制系统中具有较好的性能,定子频率为100 Hz附近的低频谐波含量明显降低,低频振荡得到有效抑制,拍频电流较小。     

PMSM低速下的转子位置角辨识算法研究

在地铁永磁牵引系统中,为了确保应用无位置传感器算法的永磁牵引系统在低速区转子位置角度辨识性能,需准确辨识转子位置。为此,给出适用于低速的永磁无位置传感器算法,即通过高频方波电压注入法得到初次位置,然后向估计d轴注入正向与负向的电压窄脉冲,比较响应电流以判断高频方波电压注入算法初判的磁极位置极性是N极还是S极,从而得到最终的转子位置辨识值。测试结果表明辨识得到的转子位置和频率误差较小,低速区电压、电流变化平稳。     

离散电流控制在地铁永磁牵引系统中的应用

在地铁永磁牵引系统中,输出电压较高、电流较大,开关损耗和散热等条件受到限制,牵引逆变器的最高开关频率通常只有几百赫兹,而地铁永磁同步电机(PMSM)的调速范围较宽,输出频率可达300 Hz,载波比的变化范围较大.在这种情况下,常规电流比例积分(PI)控制器性能较差,难以满足系统要求.为此,根据复矢量分析方法,建立了包含延时影响的离散数学模型,在此基础上,设计离散电流控制器.通过仿真及在西安地铁2号线装车进行试验,试验结果表明基于复矢量的离散电流控制器在地铁PMSM运行过程中具有较好的动态及稳态性能,转矩(励磁)反馈电流均能较好地跟随转矩(励磁)给定电流,并且在牵引、制动过程中,电压和电流稳定变化,无明显振荡.     

标准地铁牵引PMSM初始位置辨识算法研究与应用

适用于系列化中国标准地铁列车的永磁牵引系统是新一代轨道交通牵引系统的发展方向。永磁同步电机(PMSM)转子初始位置决定了起动转矩的大小、磁极极性决定了起动转矩的方向。因此转子初始位置辨识的准确性关系到电机能否稳定起动并顺利加速。在分析PMSM数学模型的基础上,采用高频方波电压注入算法获得转子的初次估计位置。然后分别在估计的d轴中注入正、反向电压窄脉冲,通过比较d轴正、反向响应电流幅值大小来判断此时定位的磁极为N极还是S极。如果定位的磁极是S极,则需要对初次估计位置进行补偿,使其定位在N极。Simulink仿真及试验结果表明：电机实际初始位置不同时,该算法均能辨识出正确的转子位置,最大辨识误差为0.052 4 rad,平均误差为0.016 1 rad。     

地铁直流母线电压振荡现象及其抑制策略

由于牵引逆变器呈现负阻抗特性,当地铁车辆牵引功率加大时,系统的阻尼特性变差,此时任何小的激励源都可能引起直流侧母线电压的剧烈振荡。针对这一问题,首先建立了地铁永磁牵引系统在额定工作点处的小信号等效电路模型,研究主电路参数与系统稳定性之间的关系。然后在转子磁场定向的矢量控制基础上增加了基于转矩电流补偿的直流侧母线电压振荡抑制策略。最后经过仿真和现场试验验证可得,该策略对直流侧母线电压振荡有较好的抑制效果。     

基于牵引PMSM的地铁直流侧振荡抑制策略探讨

在地铁永磁牵引系统中,逆变器直流侧的负阻抗特性降低了系统阻尼,导致牵引逆变器直流侧易发生电压振荡,从而影响牵引系统的稳定性。为此,建立地铁牵引逆变器直流侧数学模型及小信号模型,得到了直流侧系统的稳定条件,进而提出基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略,并应用于系列化标准地铁牵引永磁同步电机(PMSM)的控制系统中。通过MATLAB/Simulink仿真及在中车大连电力牵引研发中心有限公司试验中心进行试验,表明基于q轴电流补偿的直流侧电压振荡抑制策略应用在牵引永磁同步电机控制系统中具有较好的性能,牵引变流器直流侧电压振荡得到有效抑制,直流侧电压、d轴电流和q轴电流变化平稳。     

最少拍电流控制在海口动车牵引系统中的应用

在动车牵引系统中,逆变器输入电压较高（1800 V）,为了降低功率模块开关损耗和减少散热,牵引逆变器的开关频率通常较低,只有几百赫兹,而动车牵引异步电机的调速范围较宽,输出频率可达200 Hz,转速较高时的载波比较低。在这种情况下,由于每个电周期内的电流调节次数减少,常规电流PI控制器性能变差,无法达到系统要求。为此,将异步电机电压、电流等方程进行复矢量处理,建立了包含延时影响的离散数学模型,在此基础上,设计无差拍电流控制器。通过Simulink仿真及在海口动车线装车进行试验,试验结果表明基于复矢量的最少拍电流控制器在动车牵引异步电机运行过程中具有较好的动态及稳态性能,转矩/励磁反馈电流均能较好地跟随转矩/励磁给定电流。并且在牵引/制动过程中,电压和电流变化平稳,无明显振荡。     

城际动车组四象限整流器控制策略研究与应用

在分析城际动车组单相四象限整流器拓扑结构的基础上,得到单相四象限整流器的数学模型,并采用电压外环和电流内环的控制策略,分别以直流侧给定电压、网侧给定电流为控制对象,实现直流侧电压和网侧电流的无差、准确控制。通过Simulink仿真及试验验证了该控制策略。试验结果表明：从预充电过程过渡到脉冲整流过程中,直流侧电压超调量较小。牵引/制动工况下,网侧电压和网侧电流相位相差0°/180°、波形正弦性好,直流侧电压稳定,波动较小。     

惰行状态下的地铁PMSM转子初始位置辨识策略

永磁同步电机（PMSM）因其具有高效率、高功率密度等特点，成为新一代轨道交通牵引系统的发展方向，其中，惰行状态下的电机转子初始位置和频率辨识方法研究是PMSM无位置传感器控制技术的重要组成部分。因此，首先研究了零电压矢量单脉冲法和双脉冲法，当PMSM处于惰行状态时，通过将三相逆变器所有下桥臂短路1个或2个脉冲，根据短路响应电流获取转子初始位置和频率。在此基础上，提出一种零电压矢量脉冲法短路时间的选取方法和零电压矢量复合脉冲法，确保处于不同惰行频率下的PMSM均可以稳定地重新启动。通过Matlab/Simulink仿真及在中车大连电力牵引研发中心有限公司试验中心进行试验，结果表明：处于不同频率下的PMSM，均可以稳定地重新启动，启动时的频率辨识误差小于0.6 Hz，转子位置辨识误差小于5°。