電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、隨著高速重載干線鐵路網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)，采用大功率異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電力機(jī)車與動(dòng)車有著廣闊的應(yīng)用前景，而交流傳動(dòng)控制技術(shù)直接決定了機(jī)車/動(dòng)車的運(yùn)行性能，是整個(gè)機(jī)車/動(dòng)車的核心所在。采用異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)，低速啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)引起空轉(zhuǎn)。較低開關(guān)頻率限制引起的定子電流低次諧波對(duì)牽引供電網(wǎng)的干擾。惡劣運(yùn)行環(huán)境導(dǎo)致轉(zhuǎn)速傳感器故障后，引起的機(jī)車/動(dòng)車動(dòng)力切除。因此，研究異步牽引電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制低速起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)特性及其脈動(dòng)抑制方

2、法，了解其高速運(yùn)行時(shí)不同PWM調(diào)制方式所對(duì)應(yīng)定子電流的諧波特性，提高其速度閉環(huán)動(dòng)力單元在惡劣運(yùn)行環(huán)境下的的可靠性，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程意義。
　　以異步牽引電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為對(duì)象，研究了定子坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的各組成部分，綜合考慮系統(tǒng)采樣周期、開關(guān)周期以及參考電壓矢量對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響，建立了三者與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的量化關(guān)系，從參考電壓矢量減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的角度，討論了間接定子量控制與無差拍空間矢量調(diào)制直接轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn)，提出一種

3、結(jié)合查表法PWM和空間矢量調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制方法。結(jié)果表明:在采樣周期和開關(guān)周期一定的前提下，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可分為與轉(zhuǎn)速相關(guān)的反電動(dòng)勢(shì)衰減量，與當(dāng)前轉(zhuǎn)矩大小相關(guān)的電阻衰減量，以及由當(dāng)前定子電壓矢量引起的變化量;通過優(yōu)化參考電壓矢量的生成可以彌補(bǔ)前兩者的衰減，使得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小。
　　討論了直接自控制法與分段同步調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn);研究了六邊形磁鏈軌跡和單折角調(diào)制十八邊形磁鏈軌跡的諧波特性，以及單折角調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方式;提出了雙折角調(diào)制三十邊形磁鏈軌

4、跡直接自控制及其兩種實(shí)現(xiàn)方法;提出了平滑過渡策略以適應(yīng)不同磁鏈軌跡的切換。結(jié)果表明:直接自控制法能有效抑制定子尖峰電流，諧波電流損耗與諧波轉(zhuǎn)矩更小;單折角調(diào)制十八邊形磁鏈軌跡能抑制低次諧波;但由于單折角的限制，會(huì)引起其它低次諧波上揚(yáng);雙折角調(diào)制可以將主要低次諧波消除殆盡，且簡(jiǎn)化了單折角調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方式;不同磁鏈軌跡的過渡措施亦減小了轉(zhuǎn)矩沖擊。
　　考慮定子電阻偏差與直流偏置對(duì)電壓電流模型的影響，提出定子電阻自適應(yīng)的正交反饋補(bǔ)償定子磁

5、鏈觀測(cè)器;研究了電壓電流模型、電流轉(zhuǎn)速模型、電壓轉(zhuǎn)速模型與狀態(tài)方程的關(guān)系，以及各模型對(duì)電機(jī)參數(shù)的敏感性?；诋惒诫姍C(jī)的狀態(tài)方程，提出了定子電阻自適應(yīng)的定子磁鏈滑模觀測(cè)器，降低觀測(cè)器的參數(shù)敏感性。結(jié)果表明:正交反饋補(bǔ)償定子磁鏈觀測(cè)器能有效抑制定子磁鏈的直流偏置，但對(duì)定子電阻誤差引起的定子估算誤差無能為力;電壓電流模型電流轉(zhuǎn)速模型電壓轉(zhuǎn)速模型均為狀態(tài)方程的特例;基于狀態(tài)方程的全階觀測(cè)器對(duì)參數(shù)選擇敏感，而滑模理論能降低參數(shù)敏感性，經(jīng)驗(yàn)證，采用

6、定子電阻自適應(yīng)措施后的正交反饋補(bǔ)償定子磁鏈觀測(cè)器與定子磁鏈滑模觀測(cè)器，定子磁鏈的觀測(cè)精度得到提高。
　　針對(duì)異步牽引電機(jī)動(dòng)力單元運(yùn)行環(huán)境惡劣，轉(zhuǎn)速傳感器容易故障的特點(diǎn)，研究了故障后的無速度傳感器運(yùn)行策略，以提高電力機(jī)車惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性與可靠性;為了避免無速度信息下，電力機(jī)車在惰行與牽引逆變器脈沖封鎖保護(hù)后，逆變器啟動(dòng)時(shí)的過電流與轉(zhuǎn)矩沖擊，提出了帶速重投控制策略。結(jié)果表明:開環(huán)轉(zhuǎn)速估算精度不高;受制于電力牽引系統(tǒng)較低的開關(guān)頻率，高