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| 地铁车辆牵引传动控制系统的稳定性研究 摘 要 城市地铁轨道列车的运行，方便了市民的出行，同时极大的缓解了地面道路交通的压力。地铁牵引传动系统作为轨道交通的动力组成部分，为地铁车辆的运行提供牵引动力，关系到城市轨道交通车辆的运营安全。地铁牵引传动系统的稳定性与其控制系统电路和转矩参数的匹配度有着高度的相关性，不合适的系统参数和控制策略导致系统直流侧电流出现震荡，极大的影响系统的稳定性和行车安全。尽管目前国内牵引技术研发与生产的机车厂家已经消化了国外的相关技术，但在牵引系统系统稳定性方面与国外发达国家的机车厂家仍有一定的差距。本文的研究工作，就是依托大连地铁所采用的大连机车厂北牵研究所研制的牵引设备，通过对滤波电抗器的参数优化设置来提生地铁牵引系统的稳定性。 本文在全面概述轨道交通车辆电传动系统现状的基础上，针对目前我国现有地铁牵引传动系统中主要采用的牵引电器——两电平型VVVF逆变器装置，详细的分析了其系统的组成、信令的测控方式，以及准确实现控制电机转矩过程，并分析了其传统直接转矩控制技术存在着输出电流波形谐波等缺点。 地铁车辆通过采用牵引传动系统的主动阻尼稳定控制方法、及对其直流侧滤波器和逆变器矢量控制智能系统的优化设计，运用MOTORLAB仿真工具创建了牵引逆变系统和主传动系统的仿真模型。仿真结果证明：在牵引控制系统增加抑制震荡的技术，具有操作简单方便、转矩响应快等优点，输出的侧电压、电流存在的谐波等问题明显的得到改善。 为了改善目前地铁主传动系统直接控制转矩的缺陷，在牵引系统中加入震荡抑制的技术手段和直接转矩控制相结合应用到地铁主传动控制系统中，有效的改善了主传动系统的性能，具有输出的波形规整、脉冲频率降低、对器件耐压要求不高、线路得到简化、输出谐波分量低等显著优点。 关键词：地铁：车辆牵引；传动控制：稳定性分析：实验测试 目录 第一章 绪论 ……………………………………………………………………1 1.1 轨道交通的发展概况……………………………………………………………………1 1.1.1城市内部的轨道交通…………………………………………………………………5 1.1.2发展地铁交通的意义…………………………………………………………………7 1.2 地铁交通发展的现状和趋势……………………………………………………………8 1.3本文的研究意义和主要研究内容 ……………………………………………………12 第二章 地铁车辆牵引传动控制系统的性能分析…………………………14 2.1 牵引系统结构…………………………………………………………………………14 2.2 牵引系统装置…………………………………………………………………………14 2.3 主电路结构……………………………………………………………………………15 2.4 地铁牵引系统的控制策略……………………………………………………………16 2．5地铁主牵引系统的功能分析 …………………………………………………………20 2.5.1 PWM控制驱动系统的工作原理 …………………………………………………20 2.5.2防滑系统原理及应用…………………………………………………………………24 2.5.3 VVVF逆变器运行原理………………………………………………………………25 2.5.4低开关频率牵引变流器脉宽调制特性………………………………………………26 2.5.5系统设备功能及维护 ………………………………………………………………27 第三章 牵引电传动控制及性能提升 ………………………………………………30 3．1 牵引电传动系统主动阻尼稳定性控制及直流侧滤波器优化设计 ………………30 3．1．1电机结构特性………………………………………………………………………31 3．1．2高速断路器结构特性………………………………………………………………33 3．1．3滤波电抗器结构特性………………………………………………………………34 3．2 牵引系统测控模型的构建 …………………………………………………………35 3．3 牵引传动系统稳定性控制的提升方法 ……………………………………………40 第四章 模型的仿真和实验研究………………………………………………………45 4．1主动阻尼稳定性控制仿真验证 ………………………………………………………45 4．1．1直流侧振荡现象……………………………………………………………………46 4．1．2并联异步电动机的附加试验（MOTORLAB）………………………………………46 4．1．2. 1仿真实验环境…………………………………………………………………50 4．1．2.2电动机热态时的转矩特性………………………………………………………52 4．1．2. 3电动机冷态时的转矩特性……………………………………………………52 4．1．2. 4满转矩的速度扫描试验…………………………………………………………54 4．2试验项目…………………………………………………………………………………54 第五章 结论与展望………………………………………………………………………56 5．1全文结论…………………………………………………………………………………55 5．2未来展望…………………………………………………………………………………56 |
