基于q轴电流补偿的牵引电机拍频抑制方法研究

以实现电力牵引变流器轻量化为目标,开展了中间直流环节无LC谐振电路时牵引电机拍频抑制方法的研究。首先分析了牵引变流器中间直流环节电压存在的2倍频脉动特性,以及该脉动电压量对同步旋转d-q坐标系电机电流的影响规律;在此基础上,研究了一种基于q轴电流进行补偿的牵引电机拍频抑制方法;最后在半实物仿真平台上对该拍频抑制方法进行了测试验证。结果表明,该拍频抑制方法可以有效降低牵引变流器中间直流环节无LC谐振电路情况下2倍频脉动电压量引起的转矩脉动和电流低频谐波,从而达到抑制电机拍频现象的目的。     

高速动车组牵引传动系统转矩脉动测试分析

交流传动技术广泛应用于高速铁路动车组牵引传动系统,牵引变流器直流环节电压存在2倍牵引网电压频率的脉动分量,会在牵引电机侧产生拍频电流,从而引起转矩脉动,不利于动车组机电系统稳定运行。文中首先分析了转矩脉动产生的原理,然后针对两种典型动车组牵引变流器主电路进行了结构建模,通过数字仿真分析了转矩脉动的主要影响因素。接着基于现场实测,验证了理论分析的正确性,并获得了转矩脉动产生机械应力的关系,表明转矩脉动易对牵引电机及转向架等相邻机械部件产生机械损耗。最后,从硬件电路和软件控制两方面对转矩脉动抑制技术进行了探讨。     

高速列车牵引传动系统机电耦合振动特性研究

高速列车牵引传动系统是一个典型的机电耦合系统,电机输出谐波转矩导致机械结构振动加剧,影响各机械部件的使用寿命,进而影响到列车运行安全。针对高速列车牵引传动系统的机电耦合振动现象进行分析,通过传动系统机械结构振动模态分析,建立其四阶扭转-弯曲振动模型,计算谐振频率,结合牵引电机输出转矩谐波成分分析,尤其是功率开关器件死区效应的影响,建立传动系统振动耦合关系。在此基础上,研究牵引传动系统机电耦合振动现象的机理与成因,提出基于误差电压死区补偿的振动抑制策略。最后搭建实验平台,模拟再现机电耦合振动现象,并完成振动抑制的实验验证。     

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。     

具有低次谐波电流抑制能力的网侧牵引变流器算法研究

为了抑制由牵引网谐波电压和直流侧脉动电压引起的单相PWM整流器网侧低次谐波电流,提出陷波器和比例谐振控制相结合的控制算法。电压外环中后置N次陷波器,讨论了陷波器的设计和离散方法,消除直流侧脉动电压的影响。电流内环采用具有抗电网频率波动和相角补偿的比例谐振控制器,通过根轨迹法设计基频比例谐振控制器的参数,根据幅频特性设计谐波谐振控制器,分析电流内环对交流信号的控制能力。仿真验证了该算法正确性和可行性。     

地铁异步电机间接定子量控制策略研究

异步电机间接定子量控制通过对定子磁链的跟踪实现转矩控制,有效解决了直接转矩控制在低速范围内转矩脉动大、控制特性差的缺点。利用小信号分析法建立间接定子量控制策略近似线性化等效模型,进而给出电机转矩以及定子磁链PI调节器参数整定方法;结合地铁车辆牵引传动系统直流侧输入滤波器模型,根据奈奎斯特对数频率稳定判据着重对车辆运行过程中直流侧滤波器-牵引变流器-异步电机系统的稳定性进行了分析,并在此基础上提出了一种通过在线修正电机输出转矩给定值,获得理想牵引变流器-异步电机等效输入导纳,最终抑制系统直流侧振荡的主动稳定控制器。模型仿真结果验证了所述理论的正确性和有效性。     

高速动车组无拍频控制方法研究

在高速动车组牵引传动系统中,由于单相供电制式的应用,会在单相脉冲整流器的直流输出环路上叠加一个2倍于电网频率的交流脉动电压分量。该脉动电压分量会使牵引电机产生拍频现象,从而导致牵引电机电流三相不平衡、转矩脉动增大等问题。针对这一现象,提出了一种基于频域分析的无拍频控制算法。该算法是在对拍频形成原理及输出电压谐波的理论分析基础上,通过在牵引逆变器输出频率上叠加一个映射直流电压脉动分量函数进行频率补偿,以消除低频谐波分量。结合矢量控制系统,完成了算法的仿真和试验验证。仿真和试验结果表明,该无拍频算法可有效抑制牵引电机拍频现象。     

基于二阶广义积分器的拍频抑制算法研究

在轨道交通牵引系统中,由于使用单相整流器,逆变器的直流输入电压包含纹波分量,该分量频率是网侧电压频率的2倍,会导致牵引电机的转矩和电流产生脉动.为了减少脉动,提出一种基于二阶广义积分器的拍频抑制控制方法.首先,利用二阶广义积分器准确提取纹波分量;其次,注入相位补偿信息组成拍频抑制分量;最后,将拍频抑制分量叠加到磁链上,从而实现拍频抑制.对比了2种优化策略,根据脉动抑制效果实现了控制方法的最优化.通过仿真验证了纹波分量提取的准确性,抑制低频电流和转矩脉动的有效性.     

一种考虑山区路段牵引网电压波动及谐波治理的车载储能型解决方案

针对高速铁路山区路段列车运行特性导致的牵引网电压出现抬升与降落及网侧谐波含量较高易引起牵引网谐振过电压的问题,提出一种基于车载储能系统的解决方案.首先提出考虑牵引网电压波动的车载储能系统拓扑,并根据储能系统SOC及列车实时功率对储能系统的工作状态进行划分.其次研究山区路段列车行车致使牵引网电压波动的机理,在此基础上分析储能系统对牵引网电压的补偿原理.进一步研究了基于车载储能系统的牵引网谐波电流治理方案,并根据控制目标研究储能系统中四象限变流器及双向DC/DC的控制策略.通过多工况下仿真测试,验证了所提拓扑及控制策略在山区路段出现的因列车运行特性引起的牵引网电压波动及牵引网谐波电流引起谐振过电压的治理效果.仿真结果表明,本文所提方案能有效抑制因列车工况引起的山区路段牵引网电压波动,并改善牵引网侧谐波电流,抑制谐振过电压的发生.     

基于频域分析的无拍频控制策略研究

动车组牵引传动系统由于单相脉冲整流器的引入,使直流环节存在2倍频脉动电压。该脉动电压会在电机侧产生拍频现象,引起电机转矩和电流脉动。本文分析产生拍频现象的原因,并通过对传动系统进行数学建模,得到电机转矩脉动和电机电流脉动与脉动电压的关系,采用一种基于频域分析的无拍频控制策略,通过加入一个补偿环节,根据脉动电压对电机转差频率进行修正,消除直流电压脉动引起的电机转矩和电流脉动,并通过仿真和实验对该方法进行了验证。     

准比例谐振控制算法在三相逆变电源中的应用研究

非线性负载会在三相车载逆变电源系统中引入谐波,损伤用电设备。为了降低逆变电源输出电压谐波含量,文章研究了基于准比例谐振控制算法的谐波抑制方法 ,主要抑制电源输出的5次和7次谐波。通过仿真模型和实物试验,测试了传统瞬时控制方法和准比例谐振控制方法的差别。结果表明,准比例谐振控制方法既能消除输出电压中的特定次谐波,又可满足系统动态响应性能和稳态精度要求,具有良好的谐波抑制效果。     

动车所车网谐振分析及治理措施研究

采用交直交变流器的动车组和电力机车容易激发牵引网高次谐波谐振,此类案例绝大多数发生在列车处于牵引工况时。当列车在动车所内处于静置整备状态时,牵引变流器发出的谐波电流非常小,很难引发谐振。针对多辆动车组在动车所内激发谐振的实际案例进行了分析,开展了试验研究和仿真分析,最终确定发生谐振的直接原因:多台牵引变流器谐波电流相角稳定且相近,造成了谐波电流的叠加效应。据此提出了改善变流器控制策略、抑制谐波电流叠加的技术措施,并对实施后的效果进行了试验验证。这对于更全面地掌握牵引网谐振机理提供了理论补充和技术参考。     

轨道交通异步牵引电机低开关频率下定子磁链轨迹跟踪控制研究

功率器件的低开关频率导致轨道交通牵引系统在全速范围内不能实现圆形定子磁链轨迹控制。直接自控制(DSC)广泛应用于轨道交通牵引传动控制,其定子磁链轨迹为六边形或十八边形,但随着逆变器最大输出电压越来越接近电机额定电压,未能实现对转矩的有效控制,产生较大的电流冲击和转矩脉动,影响系统控制性能。为解决此问题,本文基于优化脉宽调制策略,以异步牵引电机为控制对象将定子磁链轨迹跟踪控制算法应用于高速区,与应用于中低速区的DSC控制算法进行无缝切换,实现全速范围内的平滑过渡。仿真及实验证明了所提算法的正确性和可行性。     

基于周期控制的载波移相策略研究

为了抑制系统内部网侧四象限变流器产生的高频谐波,减小对电网的谐波污染,防止产生车网高频谐振,提出一种基于周期控制的载波移相策略及实现方法。针对同一列车多个牵引系统之间无同步线的情况,提供一种以网压过零点为参考,通过微调PWM载波周期,实现准确且稳定的校正载波移相角的方法。通过Matlab/Simulink仿真及混合动力动车组牵引系统运行实验,验证该载波移相策略的可行性及有效性,为工程实践提供指导。     

牵引电机转矩脉动对机车粘着利用的影响分析

简单分析了轮轨间的粘着特性,对机车上IGBT变流器供电的异步牵引电机的转矩脉动进行了理论和仿真计算,根据计算的结果讨论了牵引电机转矩脉动对机车粘着利用的影响,并对机车运行时最佳蠕滑速度点的选取提出了建议.     

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。     

牵引电机传动装置振动特性仿真分析

在传统的牵引电机传动系统研究中,通常将牵引电机传动装置视为刚性连接。本文考虑牵引电机悬挂吊杆橡胶关节的弹性及电机输出轴端与小齿轮连接轴的弹性,将牵引电动机传动系统简化为三刚体系统。针对国内某型电力机车导出牵引电机传动装置动力学模型,并依此建立仿真模型。通过仿真,分析异步牵引电机谐波转矩对牵引电机传动装置振动的影响。     

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。     

三电平逆变器无拍频控制策略研究

在高速动车组牵引传动系统中,当单相脉冲整流器工作时,会在主牵引传动系统的中间直流电路产生2倍于电网频率的脉动电流分量,该脉动电流传递到逆变器输出端会在牵引电机上产生拍频现象,引起转矩脉动和牵引电机过热。本文提出:若逆变器处于同步脉冲调制阶段而输出电压可调,可采用无拍频控制策略,根据与直流侧电压变化成反比例的关系调节参考电压幅值,保证输出波形的正弦性;若逆变器处于单脉冲控制阶段,逆变器输出电压恒定而频率可调,则可采用无拍频控制策略,瞬时改变逆变器的频率。模型仿真以及对小功率异步牵引电机系统的实验表明,这些策略使拍频现象得到较好的抑制。     

枢纽牵引供电系统谐波问题探讨

结合上海南翔枢纽牵引变电所实际情况,介绍了枢纽牵引供电系统输电网络特性。基于现场实测数据,分析了不同牵引负荷和不同运行工况下牵引变电所的谐波特性。应用Matlab/Simulink仿真软件搭建了枢纽牵引供电系统仿真分析模型,仿真分析了接入牵引网数量对牵引供电系统谐波阻抗特性、不同行车运行工况下系统谐波畸变的影响。仿真结果表明,枢纽牵引供电系统存在主谐振点和多谐振点构成的谐振带;系统谐波频带丰富,极易造成高次谐波放大,进而造成谐波畸变率增大。对此,论文最后提出了一些抑制措施。