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原文传递电力牵引传动系统直接转矩控制若干关键问题研究

论文题名：	电力牵引传动系统直接转矩控制若干关键问题研究
关键词：	电力机车;牵引传动系统;直接转矩控制;PWM调制
摘要：	随着高速重载干线铁路网的大规模建设，采用大功率异步电机驱动的电力机车与动车有着广阔的应用前景，而交流传动控制技术直接决定了机车/动车的运行性能，是整个机车/动车的核心所在。采用异步电机直接转矩控制技术的交流传动控制系统，低速启动时的转矩脉动引起空转。较低开关频率限制引起的定子电流低次谐波对牵引供电网的干扰。恶劣运行环境导致转速传感器故障后，引起的机车/动车动力切除。因此，研究异步牵引电机直接转矩控制低速起动时的转矩脉动特性及其脉动抑制方法，了解其高速运行时不同PWM调制方式所对应定子电流的谐波特性，提高其速度闭环动力单元在恶劣运行环境下的的可靠性，具有重要的学术价值和工程意义。　　以异步牵引电机直接转矩控制低速转矩脉动为对象，研究了定子坐标系下转矩脉动的各组成部分，综合考虑系统采样周期、开关周期以及参考电压矢量对转矩脉动的影响，建立了三者与转矩脉动的量化关系，从参考电压矢量减小转矩脉动的角度，讨论了间接定子量控制与无差拍空间矢量调制直接转矩控制的特点，提出一种结合查表法PWM和空间矢量调制的直接转矩控制方法。结果表明:在采样周期和开关周期一定的前提下，转矩脉动可分为与转速相关的反电动势衰减量，与当前转矩大小相关的电阻衰减量，以及由当前定子电压矢量引起的变化量;通过优化参考电压矢量的生成可以弥补前两者的衰减，使得转矩脉动最小。　　讨论了直接自控制法与分段同步调制的优缺点;研究了六边形磁链轨迹和单折角调制十八边形磁链轨迹的谐波特性，以及单折角调制的实现方式;提出了双折角调制三十边形磁链轨迹直接自控制及其两种实现方法;提出了平滑过渡策略以适应不同磁链轨迹的切换。结果表明:直接自控制法能有效抑制定子尖峰电流，谐波电流损耗与谐波转矩更小;单折角调制十八边形磁链轨迹能抑制低次谐波;但由于单折角的限制，会引起其它低次谐波上扬;双折角调制可以将主要低次谐波消除殆尽，且简化了单折角调制的实现方式;不同磁链轨迹的过渡措施亦减小了转矩冲击。　　考虑定子电阻偏差与直流偏置对电压电流模型的影响，提出定子电阻自适应的正交反馈补偿定子磁链观测器;研究了电压电流模型、电流转速模型、电压转速模型与状态方程的关系，以及各模型对电机参数的敏感性。基于异步电机的状态方程，提出了定子电阻自适应的定子磁链滑模观测器，降低观测器的参数敏感性。结果表明:正交反馈补偿定子磁链观测器能有效抑制定子磁链的直流偏置，但对定子电阻误差引起的定子估算误差无能为力;电压电流模型电流转速模型电压转速模型均为状态方程的特例;基于状态方程的全阶观测器对参数选择敏感，而滑模理论能降低参数敏感性，经验证，采用定子电阻自适应措施后的正交反馈补偿定子磁链观测器与定子磁链滑模观测器，定子磁链的观测精度得到提高。　　针对异步牵引电机动力单元运行环境恶劣，转速传感器容易故障的特点，研究了故障后的无速度传感器运行策略，以提高电力机车恶劣环境下的稳定性与可靠性;为了避免无速度信息下，电力机车在惰行与牵引逆变器脉冲封锁保护后，逆变器启动时的过电流与转矩冲击，提出了带速重投控制策略。结果表明:开环转速估算精度不高;受制于电力牵引系统较低的开关频率，高频注入法无法使用;利用模型参考自适应理论，在前续两种定子磁链观测器的基础上，可以完成定子电阻与转子转速的同时辨识;带速重投控制策略抑制了过电流和转矩冲击。
作者：	廖永衡
专业：	电力电子与电力传动
导师：	冯晓云
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文