高速列车牵引传动系统机电耦合振动及其影响因素分析

高速列车牵引传动系统是一个典型的机电耦合系统,由于驱动装置存在弹性,各部件间会因系统不稳定因素产生沿旋转方向的振动。主要针对高速列车牵引传动系统机电耦合振动现象及其影响因素进行分析,首先用双惯量模型表示传动装置,分析了机械结构的谐振频率,建立了高速列车传动系统模型,对系统稳定性以及参数影响度进行了分析,着重分析了速度控制器和电流环参数对稳定性的影响;然后在双惯量模型分析的基础上,建立了考虑齿轮箱弹性悬挂的扭转-弯曲耦合振动模型,将系统的电气振荡转化为机械振动,分析了系统电气参数对振动的影响;在小功率实验平台上,模拟再现了机电耦合振动现象,验证了本文的结论。     

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。     

高速列车传动系统机电耦合仿真与分析

基于直接转矩控制理论和车辆系统动力学理论,综合考虑了车辆传动系统电气特性和机械特性,建立全速度下高速列车机电耦合仿真模型。针对某高速动车组3种动力学模型进行仿真分析,研究传动系统对于车辆动力学的影响。仿真结果表明:有传动系统的车辆与无传动系统的车辆相比,车辆临界速度有所降低,运行安全性和平稳性指标都有所偏大;车辆在高速运行条件下,与无传动系统的车辆相比,有传动系统的车辆构架以及车体横向、垂向的振动加速度幅值都有所增大,特别是构架变化最为明显;由于传动系统的存在,构架与传动系统在诸多频率范围内发生耦合,致使构架的振动加强;驱动力对车辆动力学基本没有影响。     

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。     

基于比例谐振调节器的地铁车辆牵引电机谐波抑制研究

电气牵引系统是城市轨道交通车辆的核心系统,在目前的列车牵引控制中,采用VVVF逆变器对交流异步牵引电机进行控制,牵引电机中含有大量的谐波,产生脉动谐波转矩、噪声以及附加损耗,影响列车的平稳性和舒适度。针对此问题,首先对牵引电机产生谐波的原理进行介绍,分析影响牵引系统特性的主要谐波及脉动转矩,而后对目前同步旋转坐标系下的牵引系统控制策略进行优化,引入比例谐振调节器对主要谐波进行跟踪抑制,并进行了试验验证,结果证明了比例谐振调节器抑制谐波控制策略的可行性。     

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。     

高速铁路车—网间电耦合阻抗特性及稳定性分析

基于多导体传输理论将AT牵引供电网等效为链式网络,每隔1km设置1个切面从而得到牵引供电网的Π型等效电路模型,再将高速列车的逆变器—电机系统简化为电阻负载,建立列车牵引传动系统模型,从而构成车—网系统模型;采用电流谐波检测法得到牵引供电系统的输出阻抗和网侧变流系统的输入阻抗,运用阻抗比的稳定性分析方法分析牵引变流系统的稳定性,并基于MATLAB软件仿真分析列车位置及其输入阻抗对变流系统失稳的影响。结果表明:当列车输入阻抗小于牵引供电系统输出阻抗时,车—网阻抗为强耦合,变流器控制参数设置不当会引起列车牵引系统不稳定;反之,车—网阻抗为弱耦合,此时列车牵引系统稳定。     

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。     

一种可提高转矩输出能力的高速列车牵引电机方波工况单环弱磁控制策略

对于高速列车牵引传动系统,牵引电机在高速区会进入方波工况,方波下传统矢量控制算法失效。提出了一种方波单环弱磁控制策略,避免了传统的双环方案在方波工况下易饱和的问题,改善了电机电流的动态响应性能。在牵引电机进入方波工况前,采用传统双电流环矢量控制;而在进入方波工况后,考虑了牵引电机在方波工况下的限制条件,采用基于转矩电流误差调节的单环弱磁控制策略。同时,利用电压幅值判据,实现线性区与方波区的平滑过渡。理论分析和实验结果都证明了该方波弱磁控制策略可实现电流快速跟踪响应,转矩准确而快速的输出,且易于实际应用。     

高速列车牵引传动系统协同仿真研究及软件设计

为完善高速列车耦合大系统仿真平台,开展三电平牵引传动系统全速域动态仿真建模和协同仿真软件设计的研究。基于牵引传动系统主电路的拓扑结构和三电平逆变器的工作原理,设计用作列车中速区的同步7脉冲和同步5脉冲SVPWM算法,以提高列车中速区SVPWM算法的谐波性能;在此基础上,采取用MATLAB/SIMULINK软件建立牵引传动系统全速域动态仿真模型、用VC++软件编制交互界面和数据可视化等上位机程序的混合编程方法,实现高速列车牵引传动系统与运行控制系统间的协同仿真;在不同仿真模式、不同运行工况下对设计的算法、模型和编制的协同仿真软件进行验证。结果表明:能够实现在闭环控制下不同同步脉冲调制间的平滑切换,可较好地反映高速列车牵引传动系统的实际运行情况,满足协同仿真的设计要求。     

高速动车组在直接转矩控制下的机电耦合模型

从牵引角度对高速动车组车辆动力学性能开展多学科研究,建立牵引系统在直接转矩控制(Direct torque control)下动车组运行的机械电气耦合模型。建立动车组的车辆动力学Simpack模型和牵引传动系统的直接转矩控制Matlab/Simulink仿真模型,通过接口模块将2个系统连接起来,从而实现机械电气系统耦合,并且给出仿真算例。研究结果表明:该模型能有效地揭示动车组运行中的机械与电气特征变化情况。     

一种地铁列车齿轮传动系统弛缓状态诊断方法

地铁列车齿轮传动系统将牵引电机转矩传递给车轴,在运行过程中可能会出现弛缓现象。通过对比牵引、电制动和气制动过程中的牵引电机转速和轮轴转速大小,可以对地铁列车传动系统弛缓状态进行诊断。该方法可以利用既有车辆系统的设备,不需要额外增加其他设备,并已在国内地铁线路上得到应用。     

高速列车机电一体化控制仿真与分析

根据直接转矩控制理论和车辆系统动力学理论,综合圆形磁链控制和六边形磁链控制的优点,考虑了车辆机械传动系统,建立全速度下高速列车机电一体化控制仿真模型。并针对某高速动车组进行仿真,同时考虑列车起动阻力和运行阻力,分析了在牵引加速、匀速运行、制动减速工况下列车电气和机械部分的状态。仿真结果表明:所建立的系统具有良好的动态和静态性能,能够将车辆电气部分和机械部分充分结合到一起,实现对牵引传动系统的优化控制,仿真方法可用于高速列车机电一体化的深入研究。     

地铁列车牵引电机检修中的异常振动分析

牵引电机作为地铁列车的重要动力源,工作中其性能要求能够连续并且稳定。但牵引电机在多年运行之后的检修中往往会发生一些异常振动现象,影响牵引电机性能和使用寿命。牵引电机异常振动的频谱分析及异常振动的实验验证表明,振动频谱分析方法可有效快速找出导致牵引电机异常振动的原因。     

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。     

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。     

基于预测电流控制的CIT400高速综合检测列车运行特性仿真分析方法

基于CIT400高速综合检测列车牵引传动系统的结构和牵引特性,运用MATLAB/Simulink软件建立预测电流控制下的高速综合检测列车牵引传动系统仿真模型,仿真分析列车在牵引和制动工况下受电弓短时断电及网压波动时的运行特性,并与实测数据进行对比分析。研究表明:仿真结果与实测数据基本一致,建立的仿真模型能正确反映列车的运行特性,能够满足列车实际运行的动静态要求。     

基于多仿真器的牵引传动系统实时仿真研究

硬件在回路实时仿真可以有效地对高速列车牵引传动系统控制器进行测试,特别是在极限、故障条件下各种工况的测试,以提高控制算法验证效率。以高速列车牵引传动系统为研究对象,建立基于dSPACE的多仿真器硬件在回路仿真实验系统。首先,介绍高速列车牵引传动系统的主要构成,研究系统模型划分方法;其次,建立基于ADC方法的电力电子变流器数学模型,通过离线仿真验证模型的有效性;牵引传动系统小步长部分的数学模型通过FPGA实现,使该部分的仿真步长达到纳秒级,提高实时仿真的准确性。实验结果表明:实时仿真系统的有效性和可信度较高,可以有效测试高速列车牵引传统系统控制器的性能,加快控制算法的验证。     

基于实测数据的高速动车组谐波评估分析

分析了高速动车组牵引传动系统结构以及整流器和逆变器的具体电路模型,并基于高速动车组行驶过程中测量得到的实测数据,分析了不同运行工况条件下动车组的谐波输出情况,并对动车组运行过程中的谐波污染水平进行了评估。     

牵引变压器连接刚度对车体与设备振动影响分析

建立了高速综合检测列车牵引变压器及其冷却单元与车体间的刚柔耦合力学模型,研究了利用模态叠加原理计算车体和附属设备耦合系统振动加速度的计算方法。利用数值仿真方法分析了牵引变压器和冷却单元与车体间的连接刚度对车体和设备振动的影响。