单电源逆变器双异步电机对城轨列车传动系统性能的影响.doc

单电源逆变器双异步电机对城轨列车传动系统性能的影响摘要 随着计算机技术和电力技术的不断发展，使得使用电源逆变器电机系统应用于电动列车传动成为可能。而且随着dc-ac逆变器技术的高速发展，使用电源逆变器进一步提高电动列车的传统性能成为了当下研究的重点课题之一。关键词 电源逆变器；异步电机；城轨列车；系统性能本文通过研究采用单电压源逆变器双异步电动机结构提高城轨列车传动系统的性能的影响，阐述单电压源逆变器双异步电动机的工作原理，并深入解读这种电机结构，最终通过比对凸显出这种构造对城轨列车传动系统性能的提高有哪些具体的影响。文中也以阿尔斯通轨道列车为例，展开了研究说明，最终得出结论。1 传统异步电机系统性能分析1.1 异步电机工作原理异步电动机也称作感应电动机，是由磁场与转子绕组感电流相互作用产生电磁，是一种将电能转化为机械能量的交流电机。按照转子结构可以将异步电动机分为两种形式：鼠笼式和绕线式异步电动机。转子绕组电流是由于感应产生的，所以也交感应电动机。异步电动机也是各种电动机中应用最广的一种。转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合，不如直流电动机经济、方便。此外，异步电动机运行时，从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。而在电动列车应用中，由于异步电动机的质量轻，陈本低，性能稳定性高等特点，所以被广泛采用，如法国的阿尔斯通城市轨道列车。1.2 传统电动机传动系统普通交直流传动一般没有转速闭环和电流闭环控制，因此不对输出进行控制。步进电机本身需要比较精确的控制，因此可以比较准确的控制传动系统输出的转速，位置等。伺服系统是指电机加控制器组成的传动控制系统，也可以对输出的转速和位置进行控制。但是步进与伺服的特点是：步进是半闭环控制，就是说我让他走多少距离，他就走多少，但是实际上他真的走了那么多吗？这个控制系统就不知道了所以是半闭环，而伺服的话是闭环控制，实时监控走到位，即使你把他拉住不让他走，当你一松手他还会跑到那个位置。所以伺服与步进控制精度都很高可以精确到让他转零点几度甚至更多，区别是伺服精度更高些而且有反馈给控制器。传统的电动机传动系统包括一个脉冲调制电压源逆变器，这个逆变器由一个采用传统磁场定向控制的数字信号处理器来控制。在大功率轨道传动系统中，例如阿尔斯通轨道列车，传动系统由2台并联的鼠笼式异步电动机，每台电动机各自有一个电压逆变器供电，直流电源输入到滤波器，与两台逆变器相连，建立起了电气连接。传统的轨道传动系统中，至少采用了2套数字控制装置，为了控制几个转向架，就必须要采用1套辅助数字控制装置。这样导致的结果就是使用的元器件的数量大大增加，系统的质量和体积都相应的增大，费用增加，列车的速度降低等等问题。2 单电压源逆变器双异步电动机传动系统分析2.1 阿尔斯通车辆牵引逆变器系统简介上海地铁十号线阿尔斯通轨道交通车辆车体类型有三种：tc车、m车、mp车。tc车也称为拖车，带有一个司机室，装有主控制器和脉宽调制编码器（pwm）。pwm编码器将司机室主控制器的位置信号转化成脉宽调制波，再由列车线将其传送给牵引和制动设备。mp也称为动车，包含有有受电弓，避雷器，主熔断器，牵引逆变箱（onix），线路平坡电抗器，制动电阻和四个牵引电机等主要部件。牵引电机由牵引逆变箱进行驱动。mp车动力电路部件将触网提供的1500v dc通过牵引逆变器转化为3相交流电来驱动牵引电机。车辆配置结构如图1。2.2 单电压源逆变器传动系统结构阿尔斯通轨道交通车辆采用成熟的单电压源逆变器传动控制结构与传统传动控制结构的主要区别在于，它采用了一台电压源逆变器给两台并联的鼠笼式异步电机供电，形成一个单一均衡传动控制电动机。2.3 系统仿真在仿真环境下，从元件库中选择电气和机械系统原件，数字系统才用了foc和转子磁通观测器算法，用高级语言编码程序描述。在利用接近真是系统的系统模型惊醒了混合信号和多种技术的仿真，对两个转向架的控制结构进行了测试，并在仿真过程中加入了车轮粘着损耗和粘滞滑动干扰。在粘着损耗过程中，传统传动控制结构维持了恒电磁转矩的基准值，但是随着仿真时间的延长，产生了平均转矩误差，转矩被破坏的不良状态。而同样的情况下，单电源逆变器传动系统可以使2台电动机进行充分的控制，另外还得到了令人满意的平均转矩信号。在粘滞滑动干扰下（一般出现在列车启动或制动时），传统传动控制产生的偏差比单电源逆变传动产生的控制产生的偏差要大。综合来比，把相关的干扰因素也加进去，单电压源逆变控制在性能上要优于传统控制。3 结论本文通过以阿尔斯通轨道列车为载体对异步电动机工作原理的分析，通过对传统传动系统与单电压源逆变控制系统的综合对比得出单电压源逆变控制系统的性能要优于传统的传统控制系统。这种传动系统增强了系统的性能，减少了偏差误差。随着技术的发展，城市轨道列车会更加优化其传动控制系统。参考文献