铁道车辆牵引系统用永磁同步电机比较

永磁体的采用,使永磁同步电机即使在空转的时候也能产生反电势,并且随着转速的升高反电势亦升高。当永磁同步电机作为铁道车辆牵引电机时,由于铁道车辆特有的惰行工况,必须解决永磁同步电机在铁道车辆惰行时的高反电势,以及由此带来的重投困难。如果仅从控制的角度,在电机高速运行时施加直轴负向电流,从而减弱合成气隙磁场,以降低反电势,但由此将带来惰行的铜耗,并且对控制器和逆变器的可靠性提出了更高的要求。本文从降低电机高速惰行时的反电势出发,提出了几种永磁电机方案,从而为铁道车辆牵引用永磁同步电机的选择提供一定参考。     

基于电机振动的动车组牵引逆变器故障诊断研究

牵引逆变器的安全性和可靠性对高速动车组车辆的稳定运行至关重要,为了对逆变器工作状态进行识别,文章结合车辆系统动力学,提出了一种基于电机振动信号分析的故障诊断方法。将电机振动信号作为监测对象,通过检测逆变器故障时电流畸变引起电机异常振动的特征信号来进行判断。以CRH2型动车组牵引传动系统为例,建立了基于空间矢量脉宽调制策略下的三电平牵引逆变器电路仿真模型,对逆变器结构故障模式进行仿真。仿真结果表明,逆变器故障会显著影响交流侧输出电流谐波含量,尤其是5倍频、7倍频、11倍频、13倍频电流谐波;而这些谐波电流输入到牵引电机后转化为6P(1-s)倍频、12P(1-s)倍频的脉动转矩,并作用于电机,使得其输出振动中含有相应频率的谐波成分。通过对高速动车组实际运行过程中的牵引电机振动信号进行分析可发现,在正常情况下振动信号不明显含有此类谐波频率成分,而当逆变器存在故障时,则会导致在振动信号中该频率信号含量非常明显。因此,文章所提出的基于振动信号分析法能够有效地监测并诊断牵引逆变器工作状态,并具有一定的工程应用价值。     

考虑转子磁通谐波的永磁同步电机控制性能分析

对于考虑转子永磁磁链d,q轴6,12次谐波的三相正弦波永磁同步电机,根据其数学模型推导了基于最大转矩／电流控制、单位功率因数控制的控制公式,指出转子永磁磁通谐波的存在不可避免地产生了与转子位置角相关的转矩脉动。在此基础上引入内模电流控制思想,将由永磁磁链产生的引起转矩纹渡的反电动势作为负载扰动,通过衰减因子和系统动态响应速度参数的合理选择来抑制电机永磁磁链谐波对电机电流跟踪性能和转矩波动的影响。仿真分析表明,永磁同步电机转矩脉动的大小与特子磁通谐波中低次谐波分量的大小有关,并且其低速转矩脉动严重;若根据不同转速范围来自适应调整转速控制器、内模电流控制器参数可以在一定程度上抑制这种转矩脉动。     

电气化铁路牵引系统中电磁兼容的建模与仿真

电气化铁路牵引系统和信号系统之间存在着传导耦合、感性耦合、容性耦合、辐射耦合带来的4种电磁干扰.对直流牵引电机驱动系统的斩波器电流波形、输入阻抗、状态空间和交、直流变流器模型,以及交流牵引电机驱动系统的逆变器状态空间、频域模型、输入阻抗和直流侧谐波等进行建模与仿真分析,通过将电力模块的仿真模型与数学算式相结合,可以更清楚地了解干扰源对信号系统的影响.     

不同调制方式下异步牵引电动机谐波损耗的分析与比较

在轨道交通牵引传动系统中,逆变器输出电压中含有较多的低次谐波分量,低次谐波对牵引电机的温升、损耗等产生不利影响,为此对低开关频率下不同调制方式对电机谐波损耗的影响进行理论分析和对比研究。针对谐波铁耗与谐波铜耗分析其影响因素,分别建立两者基于谐波电压幅值的谐波损耗模型。通过理论计算目前广泛使用的3种不同调制方式下的谐波电压幅值随调制比的变化曲线,以某实际动车组牵引电机参数为例分析对比了不同调制方式下电机谐波损耗的变化规律。研究结果对于选择大功率牵引逆变器的调制策略,以提高电机运行效率具有借鉴意义。     

异步牵引电动机绝缘材料的现状与发展方向

介绍了逆变器输出的电压波形、逆变器PWM控制的开关频率电动机谐波电流的影响及国产异步牵引电动机的绝缘结构、耐电晕绝缘材料的现状及发展方向.     

电气化铁路牵引系统中电磁兼容的建模与仿真

电气化铁路牵引系统和信号系统之间存在着传导耦合、感性耦合、容性耦合、辐射耦合带来的4种电磁干扰。对直流牵引电机驱动系统的斩波器电流波形、输入阻抗、状态空间和交、直流变流器模型,以及交流牵引电机驱动系统的逆变器状态空间、频域模型、输入阻抗和直流侧谐波等进行建模与仿真分析,通过将电力模块的仿真模型与数学算式相结合,可以更清楚地了解干扰源对信号系统的影响。     

永磁同步电机不同工况下定转子铁耗分析

永磁电机在不同的工况下产生的铁耗大小不尽相同.采用采样得到的驱动器供电下永磁电机实际电流作为激励,对电机进行二维有限元计算,分别获得了工作于空载、最大转矩电流比控制及弱磁不同工况下的磁密波形,进而计算铁耗.分别计算了12槽8极(分数槽)的试样永磁电机及24槽8极(整数槽)电机工作在不同工况下铁耗.通过二者比较分析铁耗产生的原因,经过与试验对比,结果表明该计算方式有较高的准确性,可以用于分析电机铁耗产生的原因及指导高效率电机的设计.     

基于深度高斯过程的永磁牵引电机匝间短路分级评估方法

定子绕组匝间短路是影响永磁牵引电机安全稳定运行的主要故障之一,受运行工况、供电与电机本体不平衡的影响,现有方法难以实现永磁牵引电机匝间短路在线精准评估,这成为永磁电机推广应用迫切需要解决的关键技术难题。因此,文章提出一种基于多特征融合的深度高斯过程永磁牵引电机匝间短路分级评估方法：首先通过建立永磁牵引电机匝间短路故障模型,提取电流不平衡、电流三次谐波与dq电流的二次谐波特征;然后采用一种双随机变分推断深度高斯过程（Doubly Stochastic Deep Gaussian Processes,DSDGP）方法对提取特征进行融合训练建模,实现永磁牵引电机匝间短路劣化状态在线分级评估;最后通过永磁电机匝间短路试验与现场案例进行算法验证。结果表明,文章所提方法在多特征融合条件下的评估准确率达到95%以上,相较于支持向量机（support vector machine, SVM）和反向传播神经网络（back-propagation neural, BPN）等分类方法,具有准确率高,适用于变工况、小样本的工程实际应用环境等优点,解决了永磁牵引电机匝间短路早期故障检测及故障严重程度评估的行业难...     

电流源逆变器的微机控制

本文尝试用微处理机对电流源逆变器的输出波形进行分谐波调制,并提出了产生1、3、5、7、9、11次分谐波电流触发脉冲的微机程序,给出了微机PIO输出的各种分谐波触发脉冲的试验彼形,这些波形完全符合要求。     

大功率永磁直驱电力机车牵引电机散热研究

文章介绍了大功率永磁直驱电力机车牵引电机直驱传动结构和电机风路结构设计,对永磁电机散热仿真和温升试验进行对比分析,在有无联轴器的试验条件下对电机进行温升试验,以证明联轴器传动结构对电机散热具有向好改善;重点对试验中轴承温升偏高的问题进行研究和试验验证,开展不同转速和有无联轴器条件下电机温升试验,经过分析研究给出电机轴承温升与转子永磁体发热的关系;通过转子永磁体磁钢分段技术减少转子磁损耗,经过理论分析和试验证明磁钢分段电机轴承温升比非磁钢分段电机明显下降。通过对永磁直驱电机散热技术研究,证明大功率永磁直驱电力机车电机转子采用磁钢分段技术能够有效降低电机损耗,采用直驱电机连接联轴器传递结构可进一步降低电机温升,为后续轨道交通行业大功率永磁直驱电机散热设计和大功率永磁直驱技术的可靠应用奠定基础,提供有益的设计经验。     

地铁列车在不同工况下的网侧电流谐波分析

建立了24脉波整流供电系统和牵引传动系统的联合仿真模型,基于Matlab/Simulink仿真软件实现了24脉波整流机组、三电平牵引逆变器和三相异步电机的联合仿真。介绍了24脉波整流供电系统的谐波特性,以及列车在起动、制动、加载等不同工况下的网侧电流谐波特性。仿真结果表明,在列车运行状态改变,甚至是突变时,网侧电流所受影响较大,谐波会随之增大,谐波受到负载大小和运行状态的改变程度等因素的影响;在再生制动工况下,谐波含量远高于其他牵引工况,而且以低次谐波为主。     

基于无位置传感器的永磁同步电机带速度重新投入控制算法研究

永磁同步电机采用永磁体励磁,只要其旋转就会在电机端产生反电势。根据永磁同步电机的该特点及轨道交通对牵引系统带速度重新投入功能的需求,文章提出了两种基于无位置传感器的永磁同步电机带速度重新投入控制算法,详细推导了其理论基础,并给出了实现方法,并且对第二种控制算法进行了试验验证。     

IGBT开关频率对牵引电机噪声及温升的影响分析

为解决城轨车辆启动时车内电磁噪声大、电机温升偏高的问题,以某有轨电车牵引系统为研究对象,对其牵引电机振动噪声及温升进行了系统试验研究。结果表明,在车辆低速启动阶段牵引电机的电磁噪声为主要的噪声源,其主要成分为电磁激振力频率与电机的固有模态耦合导致的高频结构振动辐射噪声,主要频率为IGBT开关频率的2倍频,经优化IGBT开关频率,其总体降噪效果达4~10 dB(A)。同时,试验研究发现,随着IGBT开关频率的提升,牵引逆变器输出电流的谐波含量明显降低,同等载荷下可有效降低牵引电机的温升,相同工况下最高可降低电机温升20 K。     

高效率异步电机的设计和效率评价

铁道机车车辆的牵引电机多为逆变器驱动的异步电机,其效率通常为92%左右。新开发的永磁同步电机效率较高,可达97%。以将异步电机的效率提高至95%~96%为目标进行开发,通过样机试验确认其性能。     

逆变器供电下的永磁同步电动机谐波电流的计算

在分析谐波电流工作机理的基础上,提出了一种永磁同步电动机逆变器供电的谐波等值电路及谐波电流计算公式,介绍了谐波等值电路中电阻、电感参数的计算方法。样机计算值与试验测量数据基本吻合,验证了该谐波模型的可行性。     

地铁列车异常抖动的原因分析

针对地铁列车在低速运行时连续发生异常抖动的现象,通过对列车制动系统和牵引系统的调查分析,得出故障原因为牵引逆变器模块驱动板偶发性故障,导致牵引逆变器发生故障,从而使其控制的牵引电机转矩输出异常,以致列车出现异常抖动。文中详细介绍了故障分析排查的过程。     

永磁同步电机在铁道牵引领域中的应用

尽管牵引变流器控制的三相异步电机的交流传动系统已经广泛地应用于铁道牵引领域,但近年来,由于永磁材料的迅速发展,使永磁同步电机在铁道牵引领域竞争力明显上升,具有良好的应用前景.本文从铁道牵引的观点出发,对永磁同步电机和异步牵引电机进行了技术比较,介绍了国内外有关研发直接驱动式和全封闭式永磁电动机的概况,分析了永磁同步电机在铁路牵引应用中的发展前景及面临的主要问题.     

某型有轨电车永磁牵引电机低速被动运行时异响原因分析

某型有轨电车永磁牵引电机在低速牵引试验过程中发出异响,通过拆解电机、联轴节,剖析有轨电车驱动装置的结构等方法,分析了该牵引电机异响的原因。     

基于SiC MOSFET的牵引逆变器在轨道交通中的应用研究

阐述了SiC器件和Si器件的开关特性和能耗对比;根据轨道交通牵引工况计算比较了SiC器件和Si器件的功率损耗;针对高开关频率应用,进行了包括温升、噪声、损耗、效率等一系列试验验证。试验结果表明,采用SiC MOSFET的牵引逆变器可以有效降低电机的谐波损耗,实现牵引系统节能降耗,并降低中低速段的电机噪声。