列车牵引逆变器输出电能品质及其故障特征研究

列车牵引逆变器输出电能品质与牵引系统关键部件的工作状态紧密耦合。分析了牵引电机转子断条故障、电机定子匝间短路故障及逆变器IGBT开路故障状态下定子电流的特定谐波分量特性。针对定子电流故障特征,使用快速傅里叶变换(FFT)对故障特征进行识别,提取特定谐波分量,提出了以特定谐波分量含量与基波含量比值大小定位故障部件的故障诊断方法。搭建了牵引系统状态监测仿真模型,验证了提出的故障特征与故障诊断方法的正确性和有效性。     

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。     

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。     

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。     

动车组牵引电机矢量控制系统几项关键技术

基于高电压、大电流IGBT功率器件的牵引逆变器及异步牵引电机已成为高速动车组牵引传动系统的主流电路结构,矢量控制技术作为一种高性能的异步牵引电机控制策略得到广泛应用。现从实用性角度出发,介绍了动车组牵引电机矢量控制系统的几项关键技术,包括电压电流测量、电压解耦算法、转子磁链观测模型、定子频率校正、多模式PWM调制。     

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。     

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。     

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。     

基于定子电流小波包分析的牵引电机轴承故障诊断

滚动轴承失效是机车牵引传动系统的主要故障源之一。轴承失效引起电机振动增加,导致定子电流发生调制。本文根据轴承失效对电机运行参数(振动、电流)的影响,将牵引电机轴承故障分为单点局部损伤和整体磨损。分析两种滚动轴承故障对振动和电机定子电流频谱的影响。定子电流分析可在不影响电机运行的情况下,检测电机的工作状况。小波包变换适应于处理瞬变、非平稳信号,用于电机定子分析能获得较高的频率分辨率,有效提取故障征兆。本文提出一种基于定子电流小波包分析的机车牵引电机轴承在线故障检测方法。HXD2型机车线路运行试验证明,该方法能有效诊断电机轴承早期故障。     

高速动车组牵引传动控制系统仿真研究

以CRH380A型动车组为研究对象,阐述了牵引传动系统的工作原理,探讨了脉冲整流器的瞬态电流控制策略和三电平逆变器的空间矢量脉宽调制技术。着重分析了转子磁场定向间接矢量控制和牵引传动控制系统的工作原理。根据CRH380A型动车组实际设计参数,构建了牵引传动控制系统的MATLAB仿真模型,分析了该模型在牵引工况、再生制动工况和不同运行速度下的电机输出转矩和定子相电流波形。仿真结果表明,所建的恒速控制模块能够实现动车组在牵引恒速、惰行和再生制动恒速等不同运行状态间的平滑切换;牵引传动控制系统仿真模型能够实现动车组在牵引和再生制动工况下的稳定运行,达到了预期目标。     

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...     

高速动车组四象限双闭环控制参数设计与稳定性分析

动车组牵引四象限变流器输出直流电压存在二倍工频波动、四象限电流含有较多等效开关频率的纹波,对电压和电流检测时常采用硬件滤波电路或数字滤波器进行信号调理,但滤波参数设计不合理会导致控制系统不稳定。为提高400 km/h高速动车组四象限变流器控制稳定性,首先介绍四象限变流器"电压-电流"双闭环控制参数设计原则;其次重点分析电压、电流采样通道叠加滤波环节对闭环控制稳定性的影响,揭示双闭环系统稳定的条件;最后,基于400 km/h高速动车组的仿真结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

计及动车组运行工况的牵引供电系统谐波特性分析及抑制方案研究

动车组处于不同运行工况时将产生谐波电流频谱变化,会对牵引供电系统谐波畸变特性产生影响,还可能干扰沿线通信线路。以某高铁线路为例,采用专业电能质量监测设备,对典型牵引变电所和在线运行的动车组开展同步谐波特性测试。基于测试数据分析,研究计及动车组运行工况的牵引供电系统谐波特性变化规律,采用等效干扰电流定量评估各次谐波对通信线路的干扰程度。此外给出C型高通滤波器设计方案,仿真结果验证了良好的滤波效果,为高速铁路高次谐波综合治理提供了重要途径。     

基于BP算法的AT牵引供电系统状态识别

使用ATP电磁暂态仿真软件对AT牵引供电系统进行数学建模,仿真分析了高速动车组正常运行状态、T-R短路故障、F-R短路故障、T-F短路故障和异相短路故障;重点分析了高速动车组在过电分相时产生的非线性谐振（铁磁谐振）和线性谐振,采用MATLAB仿真软件为工具,应用神经网络中BP算法对AT牵引供电系统的5种状态进行识别。     

希尔伯特变换在牵引电机转子断条故障诊断中的应用研究

基于希尔伯特变换分析方法,以动车组电机定子电流信号为研究对象,对定子电流信号应用希尔伯特变换后,消去定子电流中包含的直流分量,解决了转子断条故障特征分量容易被基波湮没、难以检测等问题,使故障特征分量的提取更加准确。通过求检测信号的希尔伯特包络谱,更加直观地判断转子是否发生断条的故障。从仿真结果和试验结果分析得知,希尔伯特变换法在动车组牵引电机转子断条故障诊断中应用的正确性和有效性。     

高速动车组牵引电机绝缘失效分析

文中通过对某系列高速动车组所配属的牵引电机绝缘失效故障进行梳理，结构化挖掘数据价值，深入研究高频电压、低温、潮湿、风沙等恶劣运行环境对牵引电机绝缘结构和部件的可靠性影响，精准定位故障根源，制定有效解决措施，并通过仿真分析、试验、在线运行考核等手段完成技术验证。研究成果使牵引电机更能适应我国复杂的运行环境和工况，大幅降低了牵引电机全寿命周期运维成本，并在和谐号、复兴号系列动车组牵引电机上广泛应用。     

高速动车组牵引变压器振动特性试验研究

为了研究机电耦合作用下高速动车组牵引变压器的振动特性,分析了牵引变压器铁心和绕组的振动机制。基于高速动车组线路振动试验,研究了停车、加速、恒速和过分相区4种工况下牵引变压器振动加速度的时频分布情况,探讨了冷却风机的影响机制,分析了牵引变压器对车体振动和车辆运行平稳性的影响。研究结果表明,在牵引变压器正常工作时,振动能量主要集中在200 Hz和300 Hz这2个频点左右,车体和冷却风机产生的振动能量占比较小,与理论分析结果一致;过分相时牵引变压器横向振动加速度有效值仅为正常工作条件下加速度有效值的7%;冷却风机转动导致牵引变压器垂向加速度有24.6 Hz及二倍频对应的振动分量;受牵引变压器的影响,车体底架加速度值增加了20%,恶化了车辆运行平稳性。     

基于邻相电流的逆变器功率管与电流传感器故障诊断方法

作为牵引逆变器的关键器件,功率管与电流传感器分别在能量转换与系统控制中扮演着至关重要的角色。然而,在恶劣多变的工作环境下,功率管与电流传感器会出现不同程度的老化或失效,从而引发故障。功率管开路故障与电流传感器零输出故障在某些情况下不仅具有相似的故障特征,而且极易给系统带来严重的后果,其故障诊断是当前的研究重点。目前,仅有少部分故障诊断方法对这2类故障的联合诊断进行了研究,且这些方法尚未考虑牵引逆变器两电流传感器方案下的故障诊断,容易出现故障误诊或漏诊等问题。针对牵引逆变器两电流传感器方案下的复合故障诊断问题,提出一种基于邻相电流的故障特征提取与诊断方法。该方法首先分析两相电流信号在功率管与电流传感器故障下的变化,从而推导故障相电流与邻相电流的准确数学模型。在此基础上,对邻相电流进行平移变换与坐标重构,得到具备故障辨识能力的邻相电流轨迹数学模型。将该模型与已有的电流轨迹相结合,可以对功率管单管开路故障、双管开路故障以及电流传感器零输出故障进行有效区分。验证结果表明,提出的方法在电机处于不同运转状态下是有效、可行的,对于有限电流信号下的牵引逆变器故障诊断具有较好的参考价值。     

基于频域结构应力法的牵引电机结构振动疲劳分析

牵引电机是动车组动力输出的核心部件.近年来,随着我国动车组运行速度的不断提升,激励载荷频率也随之提高.为保证产品设计的可靠性,牵引电机焊接结构在高频载荷激励条件下的疲劳性能亟待研究.为研究某转向架的侧悬挂式牵引电机结构焊缝疲劳,引入频域结构应力法,设计相关焊接小试件,采用直耦式电动振动试验系统,基于IEC 61373标...