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原文传递地铁动车牵引传动系统分析、建模及优化

论文题名：	地铁动车牵引传动系统分析、建模及优化
关键词：	地铁动车;牵引传动系统;再粘着优化控制;电机并联;匹配优化
摘要：	地铁动车牵引传动系统是车体和车辆的核心，是车辆国产化的重点和难点。论文分析了地铁动车独特的轮轨粘着特性和牵引电机负载特性，完整而准确的建立了地铁动车牵引传动系统模型，深入研究了再粘着优化控制和牵引电机并联控制策略，并针对牵引电传动系统设计中的核心问题：“车辆牵引/制动特性曲线设计”、“变流器与牵引电机合理匹配”、“牵引电机额定转差率设计”等，提出了与之相应的优化设计方法，获得了以下成果。　　地铁动车一般采用的架控模式，论文建立了“双轴模型”进行粘着控制研究，在分析传统防滑/防空转策略不足的基础上，提出一种基于全维状态观测器的再粘着优化控制方法。通过恰当的极点配置，使得观测器具有良好的稳定性和收敛性，在此基础上针对机械参数变化和负载扰动对控制系统性能进行研究，结果表明所提出的再粘着优化控制满足地铁实际应用需求。为深入地研究牵引特性和车体动力性能，借助MATLAB工具，建立了地铁动车牵引传动系统模型，并进行了各种工况仿真，结果表明再粘着优化控制方法达到了理想的控制效果。　　地铁架控模式下并联运行的牵引电机存在转矩不平衡，牵引转矩大的动轴常因超出粘着极限而发生空转/打滑，论文分析了产生不平衡的原因，推导出转矩不平衡度与动轮轮径差、电机转差率三者之间的数学关系，基于再粘着优化控制，提出一种带励磁补偿的电机并联优化控制方法：根据轮径差值大小及网压、车速等适当降低电机控制的励磁给定，从而增大转差频率(转差率)，降低电机间的转矩不平衡，最后进行了仿真研究和试验。　　为设计节能型地铁列车，总结出一种地铁车辆牵引/制动特性曲线的设计方法，在满足列车可用粘着校核以及不降低列车动力性能的前提下，通过牵引控制充分利用车辆电气制动再生回馈电能，减少闸瓦磨损和“二次能耗”。技术经济分析的结果表明，车辆制动特性曲线优化可达到节能降噪的目的。　　与干线铁路机车不同，地铁列车具有负载断续及短时过载的特点，论文总结出一种适用于地铁牵引变流器与牵引电机“系统匹配”的方法：在动车牵引传动系统设计之初，以车辆特性曲线为依据，变流器的容量参考电机制动峰值功率来设计，而牵引电机则按照“小电机匹配”方式来选择额定点的最大转矩倍数(颠覆转矩)，更加强调变流器的安全裕度及电机容量的充分利用。综合考虑地铁动车牵引传动系统设计、电机并联优化控制和易于维护等因素，提出了牵引电机额定转差率的设计方法，并进行的牵引电机特性试验。　　研制了一套适用于地铁B型车的牵引变流器，对主电路、控制系统、监控界面和牵引计算软件等进行了详细的设计，对牵引特性、电机矢量控制和变流器温升等进行了试验，并对试验结果进行了分析。
作者：	林文立
专业：	电力电子与电力传动
导师：	刘志刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文