軌道交通無變壓器牽引傳動系統(tǒng)控制策略研究

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，軌道交通在我國運(yùn)輸體系中扮演著越來越重要的作用。目前，軌道交通大功率牽引傳動系統(tǒng)中普遍使用工頻牽引變壓器，其龐大的體積和重量無法適應(yīng)我國鐵路輕量化、小型化、節(jié)能環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)。本項目研究的無變壓器牽引傳動系統(tǒng)融合了級聯(lián)H橋變換器和多相電機(jī)在大功率場合的應(yīng)用優(yōu)勢，具有結(jié)構(gòu)簡單、模塊化程度高、易于控制等特點，是一種有應(yīng)用前景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。課題針對傳動系統(tǒng)中級聯(lián)型H橋有源前端的電流控制策略、電容電壓平衡算法、穩(wěn)定工作域以及雙定子感應(yīng)電機(jī)低開關(guān)頻率條件下控制和調(diào)制、多電機(jī)協(xié)同控制方面的關(guān)鍵問題展開研究。在級聯(lián)H橋整流器方面，課題詳細(xì)分析了虛擬矢量電流控制策略的穩(wěn)定性問題，提出了一種調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)的直流側(cè)電容電壓平衡算法。此外，課題還給出了一種多級級聯(lián)H橋整流器穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的通用分析方法。在雙定子感應(yīng)電機(jī)控制方面，課題結(jié)合軌道交通等大功率牽引傳動系統(tǒng)高電壓大電流、低開關(guān)頻率的特點，提出了雙定子感應(yīng)電機(jī)在全速度范圍內(nèi)的矢量控制策略及多模式SVPWM調(diào)制策略，可以實現(xiàn)牽引電機(jī)在整個調(diào)速范圍內(nèi)的可靠運(yùn)行。課題最終實現(xiàn)了一整套基于無變壓器H橋級聯(lián)型整流器和雙定子感應(yīng)電機(jī)的系統(tǒng)樣機(jī)，并進(jìn)行了實驗驗證。本課題的研究成果可以為其以后在我國鐵路牽引傳動系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。 2100433B

為降低傳統(tǒng)鐵路大功率牽引傳動系統(tǒng)龐大的體積和重量，實現(xiàn)我國高速鐵路輕量化、小型化、節(jié)能環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)，本課題研究了一種無變壓器牽引傳動系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡化、模塊化程度高、易于控制等特點，同時融合了多相電機(jī)固有的優(yōu)點，是一種非常實用化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。針對我國軌道交通牽引傳動系統(tǒng)的特殊應(yīng)用背景，本課題對H橋級聯(lián)型有源前端的調(diào)制策略、電容電壓平衡控制算法以及低開關(guān)頻率條件下六相異步電機(jī)的矢量控制策略和調(diào)制策略等關(guān)鍵問題展開研究，擬采用基于維持各級懸浮電容輸入輸出功率平衡的方法，實現(xiàn)懸浮電容電壓平衡控制；同時利用三相異步電機(jī)成熟的矢量控制技術(shù)和調(diào)制技術(shù)，實現(xiàn)六相異步電機(jī)的高性能矢量控制和調(diào)制控制。最終目標(biāo)是實現(xiàn)一整套基于無變壓器H橋級聯(lián)型多電平變換器和六相異步電機(jī)的性能好、效率高、成本低、可靠性高且控制功能完善的高壓大容量變頻調(diào)速系統(tǒng)，為其以后在我國鐵路牽引傳動系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

目前有三種常用的ABS控制策略用于控制車輪制動壓力，分別是單輪控制、低選控制和高選控制。具體介紹如下。

制動防抱死系統(tǒng)單輪控制

要使車輛實現(xiàn)最大的制動強(qiáng)度，首先需保證每個車輪都最大程度地利用了可用的附著系數(shù)。針對每個車輪的獨立控制策略可以實現(xiàn)這一目標(biāo)。為此，每個車輪都有一套傳感器用于信號測量及其參數(shù)計算，都有各自的制動管路以實現(xiàn)對每個車輪制動壓力的獨立控制，而與其他車輪的工作情況無關(guān)。

缺點：在左右車輪附著系數(shù)岸不同的路面上，如單側(cè)光滑的路面，由于左右制動力差別較大，會產(chǎn)生很大的橫擺力矩，使車輛運(yùn)動不穩(wěn)定，一定程度上使得單輪獨立控制可獲得最大制動強(qiáng)度的優(yōu)勢被削減。

制動防抱死系統(tǒng)低選控制

所謂低選控制就是對同一車軸兩側(cè)車輪同時施加制動壓力控制，大小由附著系數(shù)低的那側(cè)車輪來決定。

這種控制策略可以通過安裝于每個車輪上的傳感器或安裝于差速器驅(qū)動齒輪上的傳感器完成。

采用低選控制策略，雖不能充分發(fā)揮行駛于高附著系數(shù)路面上的那側(cè)車輪的附著能力，但卻能獲得較大的轉(zhuǎn)彎側(cè)向力。并且由于左右車輪的制動力相差不多，車輛不會產(chǎn)生橫擺，保證了車輛的穩(wěn)定性。由于上述優(yōu)點，低選控制廣泛適用于后軸車輪的制動控制。

制動防抱死系統(tǒng)高選控制

高選控制是由高附著系數(shù)路面上的那側(cè)車輪來決定車橋兩側(cè)車輪的制動壓力，因此每個車輪上均需分別安裝傳感器。

優(yōu)點：與低選控制相比，高選控制可獲得更高的制動強(qiáng)度。

缺點:低附著路面上的那個車輪可能會抱死，因而導(dǎo)致車輛喪失轉(zhuǎn)向能力。由于作用于兩側(cè)的制動力不等，還會產(chǎn)生橫擺力矩。但因高選控制能獲得較高的制動強(qiáng)度，這種控制方式通常用于前軸車輪的制動控制。

內(nèi)容介紹

《高等教育城市軌道交通系列教材:城市軌道交通牽引電氣化概論》共分8章，內(nèi)容包括：城市軌道交通電氣系統(tǒng)，車輛的牽引傳動系統(tǒng)，車輛的運(yùn)行與控制，車輛輔助電器設(shè)備，城市軌道交通供電系統(tǒng)，電能的傳輸與受流，城市軌道交通供電系統(tǒng)電器設(shè)備與保護(hù)，新型軌道交通車輛。

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