铁路牵引用直驱式永磁同步电动机的无位置传感器控制

提出了一种表面式永磁同步电动机无位置传感器的控制方法,适用于要求逆变器利用率高且开关频率低等限制条件的大功率牵引驱动系统.采用含电机电压模型和电机电感模型的观测器,在低速时注入测试信号,可以得到位置和速度信号.阐述了基本估计方法的改进.在实验室用28 kW标准伺服电机成功地验证了该方法.     

基于最大转矩电流比控制的永磁同步牵引电机电流的精确计算

为提高基于最大转矩电流比控制的永磁同步牵引电机电流的计算精度,对现有的电流计算公式进行研究,找到了现有电流计算公式存在误差的原因,指出内置式凸极永磁同步电机的L_d随i_d的变化较小,而L_q随i_q的变化较大,需要考虑L_q对i_q的偏导,从而提出了一种优化后的最小电流精确计算方法。对数台永磁同步牵引电机进行了试验测试,测试数据与计算数据吻合良好,证明了该最小电流精确计算方法的准确性。     

复矢量电流调节器在牵引永磁同步电机中的应用

在牵引电传动系统中,由于高电压、大电流的特点,同时受到开关损耗和散热等条件限制,逆变器的最高开关频率通常较低,只有几百赫兹。在这种情况下,永磁同步电机控制系统中的电流控制性能较差。为此,在复矢量法分析的基础上建立了包含延时影响的离散数学模型(脉冲传递函数),并采用最少拍系统设计方法确定电流调节器,针对数学模型在低速启动时不准确的问题,提出了补偿方案。通过仿真和现场试验结果证明,采用所提电流调节器在低速大电流启动和高速运行时,反馈电流都能很好跟随给定电流,电磁转矩也能完全跟随给定转矩;并且在加、减挡位时,电流和电压具有较好的稳态性能和动态性能。     

全封闭永磁同步牵引电动机冷却系统设计

永磁电机自身固有的特点以及用作牵引电动机时的高功率密度、高热负荷、轻量化、高可靠性的需求,给永磁同步牵引电动机的冷却结构设计提出了高散热能力、高可靠性和良好工艺性的要求,合理地设计冷却结构是发挥永磁同步牵引电动机优势的基本保障。文章阐述了永磁同步牵引电动机冷却系统的特点及设计方法,并提出了降低永磁同步牵引电动机温升的措施。     

大功率牵引变流器电流谐波最小PWM控制策略的研究与实现

大功率交流传动机车牵引传动系统受器件开关频率的限制,在高速运行区需要采用同步优化调制的方法来减小谐波,针对电流谐波最小PWM调制技术,对其控制原理进行了理论分析,论述了一种基于数字信号处理器DSP的数字实现方法,研究了不同调制模式之间的波形切换原则及控制策略,在谐波抑制性能方面与SHEPWM调制算法进行了对比分析,最后通过仿真和实验对理论分析的正确性和有效性进行了验证。     

基于SHEPWM的多模式调制切换策略研究

以大功率电力机车牵引传动系统为背景,针对其逆变器开关频率最大值较低的特点,采用一种基于SHEPWM的多模式调制策略以实现牵引电机在速度全程范围的平滑运行。在综合考虑SHEPWM的实现方法、分析输出电压的谐波成分及电流特性的基础上,对不同调制方式间或相同调制方式的不同载波比之间的切换策略进行深入研究,提出一种基于SHEPWM的三相电压同时切换策略,使控制牵引电机切换的算法显著简化。最后,通过仿真和实验验证切换策略。     

地铁车辆用永磁直驱同步牵引电动机的热分析

随着永磁牵引系统的发展,对电机提出了高功率密度、高转矩密度的要求,热分析在电机设计过程中变得越来越重要。文章以某地铁车辆用永磁直驱同步牵引电动机为例,基于热分析的设计方法提出了设计过程中主要考虑的项点、冷却方式的选择、水冷机座设计的关键参数,并对比了三维仿真结果及试验数据。对比结果表明,定子温度的仿真值与试验数据一致性较好,提出的设计方法可以为永磁直驱同步牵引电动机设计提供参考。     

电流谐波对永磁体涡流损耗的影响

永磁同步电机应用于高速铁路牵引领域,要求电机具有高起动加速性能和宽调速范围。驱动电机的牵引逆变器最大开关频率一般为500 Hz,电压波形的畸变导致输出电流谐波含量大,在永磁体中产生涡流损耗,导致永磁体局部过热甚至产生不可逆退磁。文中分析涡流损耗的来源和计算方法,针对电流谐波产生的永磁体涡流损耗,基于实际测量电流波形分析电流谐波涡流路径、各次谐波涡流损耗的大小、永磁体槽口深度hr与涡流损耗的关系及分段与涡流损耗的关系。分析结果表明：电流谐波是产生永磁体涡流损耗的主要原因,主要为2次、5次、7次、11次、13次电流谐波;低速工况涡流损耗高于高速工况,这与低速工况5次、7次电流谐波幅值较大成正相关;采用分段后,电流谐波产生的涡流损耗大大降低,最佳轴向、径向分段数为6～8段。分析结果为牵引逆变器驱动的永磁同步电机降低电流谐波产生的永磁体涡流损耗以保障电机的安全运行提供了参考。     

大功率永磁牵引变流器半实物仿真研究

对大功率牵引永磁同步电机控制技术进行研究,提出了永磁电机在基于异步调制模式、SHEPWM调制模式和方波模式时的系统控制策略。研究了SHEPWM调制模式的工程实现方法和不同PWM模式下的动态切换方法等关键技术。经过半实物仿真验证,该控制策略在全速度范围内控制性能良好,动态切换过程中电流平滑稳定。     

两相两重四象限变流器的控制方法及实现

为实现对大功率、低开关频率变流器的控制,通过建立两相两重四象限变流器主电路的数学模型,分析变流器主电路的电气特性;在考虑线路电阻的基础上,采用电压外环和基于坐标变换电流内环的双闭环控制方法对变流器的调制电压进行控制;提出倍增控制频率的载波移相方法,可在不增加硬件设备的情况下降低牵引电网侧低次谐波的含量,并结合正弦波脉宽调制(SPWM)技术,实现对以多种开关频率工作的变流器的控制;以TMS320F28335型DSP芯片为平台,设计包括初始化程序、串行通信服务程序和定时中断程序的控制软件,并在背靠背功率互馈试验台进行验证。结果表明:采用给出的两相两重四象限变流器控制方法,能够使变流器在启动工况下的电流变化平稳,在牵引工况和制动工况下,大功率、低开关频率变流器可以单位功率因数满载运行,而且中间电压波动较小、输入电流无异常波动,大幅减少了牵引电网侧的低次谐波成分和总谐波失真率。     

永磁同步牵引电动机的调速特性

根据牵引逆变器供电的特点,详细讨论永磁同步牵引电动机的调速特性。给出了在逆变器变频变压阶段,最佳转矩控制的电机内功率因数角的公式,并应用磁链相量图分析了在逆变器变频恒压阶段电机功率因数的变化规律和恒功速度(频率)范围,讨论了其恒压运行时的功率因数和效率,并对机车车辆速度特性包络线的选取提出建议。     

永磁同步牵引电动机在铁路机车中的应用

在介绍永磁同步牵引电机特点及其在铁路机车中应用现状的基础上,重点探讨了永磁同步牵引电机的关键技术,并展望了其在铁路机车应用中的发展趋势,以积极推动我国永磁同步牵引电机的技术发展.     

虚拟零矢量的三相四开关中点电位不平衡研究

三相四开关逆变为三相六开关是逆变的一种低成本控制方案,而三相四开关逆变器存在转矩脉动大、中点电位不平衡的问题。国内外学者对于三相四开关提出了很多控制方法,能够有效地减小电机的转矩脉动问题,但都未能有效地解决电容中点电位的问题。若不考虑电容中点电位补偿问题,则会导致SVM DTC效果变差,影响三相电流的平衡性,增大电机的转矩脉动,严重情况下还会导致停机。从三相四开关逆变器的基本矢量分析,提出一种新的电容电压补偿方案,并与目前的补偿算法进行比较分析和仿真与实验验证,表明通过本文算法补偿后的电机运行具有较好的性能。     

轨道交通中永磁同步牵引系统的优势与挑战

在轨道交通领域,永磁同步牵引系统经历了多年发展,初步进入了商业化阶段。相比传统的感应电机作为牵引电机的传动系统,永磁同步牵引系统能耗更低;电机功率密度更高,可以在功率较低的场合实现直驱;电机可设计成全密封结构,噪声可明显降低。同时,永磁同步牵引系统也具备一些缺点和特殊性,例如永磁体的失磁风险;牵引系统复杂性较高;控制和故障保护上有特殊性;永磁同步电机制造难度和成本较高等。这些问题都需要引起足够重视和深入研究,才能促进永磁同步牵引系统的成熟和应用。最后展望了永磁同步牵引系统在轨道交通领域中的应用前景:虽然无法取代异步电机牵引系统,但永磁同步牵引系统将以其鲜明的优点,在多元化用户需求和细分市场中占得一席之地。     

不同永磁电机对轨道交通直驱永磁牵引控制系统的影响

为深入研究不同永磁体对大功率直驱永磁牵引控制系统控制特性的影响,设计了钐钴和钕铁硼两种永磁电机.讨论了这两种永磁电机的特性及基本控制策略,在此基础上对两种永磁电机进行了分析,通过联调试验验证了该系统的稳定性和可靠性.     

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...     

异步牵引电机定子磁链轨迹跟踪控制技术研究

为解决大功率交流传动系统中因功率器件的低开关频率所导致的PWM波形谐波大的问题,提出了一种基于新型优化同步调制的定子磁链轨迹跟踪控制算法,离线状态下以电机电流谐波总和最小为优化目标求得逆变器在各种分频数下的优化开关角,从而得到定子磁链的运行轨迹;系统正常工作过程中实时计算出定子磁链轨迹的各个特征门槛值,根据观测到的电机定子磁链值与各个特征门槛值进行闭环控制,实现基于定子磁链轨迹跟踪控制的同步调制算法。仿真及试验验证了所提算法的正确性和可行性。     

地铁永磁直驱牵引系统设计方法

介绍了地铁永磁直驱牵引系统设计的核心问题,从主电路拓扑、牵引/电制动特性、稳态短路电流、空载反电势、电机额定功率与冷却方式6个方面详细分析并阐述了永磁直驱牵引系统的设计方法,最后分析了国外地铁永磁直驱牵引系统典型应用案例。     

基于永磁电机的高速动车组牵引变流器的研制

基于永磁电机牵引系统的特点,从系统、主电路、故障保护、结构、散热等方面对基于永磁电机的高速动车组牵引变流器进行研究和分析。试验及实际装车应用表明,牵引变流器能够满足基于永磁电机的动车组牵引系统应用需求,可供后续永磁同步牵引系统技术在相关领域的应用参考。     

长沙地铁1号线永磁同步牵引列车能耗分析

介绍长沙地铁1号线列车能耗记录以及能耗数据统计和分析,对长沙地铁1号线永磁同步牵引系统列车的牵引能耗、再生能量和总能耗与异步牵引系统的列车进行对比,并从永磁电机结构上分析其节能原因,最后探讨永磁同步牵引系统的经济效益和未来发展趋势。