无速度传感器矢量控制系统在地铁车辆上的应用论文

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1、无速度传感器矢量控制系统在地铁车辆上的应用论文.freel/h)运营的地铁线路,试运营半年多以来其列车优良的牵引性能得到了乘客的好评,稳定而可靠的牵引系统减少了车辆的维护工作量。本文详细介绍了该车辆采用的SITRAC牵引控制系统的控制结构、算法,并结合该系统在广州地铁3号线列车上的实际应用证明了无速度传感器控制系统的可靠性和稳定性。1无速度传感器矢量控制的基本原理所谓无速度传感器变频调速控制系统就是取消了变压变频调速系统的速度检测装置,通过间接计算法求出列车运行中牵引电机的实际转速值作为转速的反馈信号。我们把计算转速实际值的这一

2、模型称之为转速推算器。它的基本组成原理是:在电机的定子侧装设电压传感器和电流传感器,通过检测三相电压uA,uB,uC和三相电流iA,iB,iC。根据3/2变换(矢量控制中三相轴系到二相轴系的变换)静止轴系中的两相电压usα,.freelin。为了使这一定子频率fsmin最小化,电机模型与实际电机(见图3)之间的定子阻抗及定子电压差值必须保持尽可能的小。在低频情况下,基本的定子电压空间矢量的幅值相对比较小,所以定子阻抗或逆变器电子管建摸的误差对速度的估算有很大的影响。通过各种离线测量,就可以确定逆变器的特性。在低频情况下定子阻抗必

3、须作为二次侧模型参数在线进行确定。由于转子阻抗是随着定子绕组温度变化的,要估算速度,就必须在线对定子绕组的参数进行精确测量。在每一次停站(速度为零)时,通过一个短时的测量来进行定子和转子阻抗的识别,这样就有可能以精确的电机参数来对列车进行下一次的启动。这里,定子阻抗的估算是通过励磁之后(图4中:0.2st0.6s)测量直流的方法来进行的。因此,对于电机转子阻抗的识别是根据磁通变化期间(图4中:0.65st1s)定子电流的滞后来分析的。转子阻抗的这一估算方法有以下优点:这一算法不受传动轴上反转力矩对齿轮产生冲击而引起的速度突变的影

4、响。对于励磁电感和漏电感这两个重要的参数它们是在初始调试期间确定的。无速度传感器牵引控制的一种严重运行情况是所谓的飞速起动,也就是不知道实际电机速度进行驱动的起动运行,而SITRAC系统能够处理这种严重的运行。需要注意的是,只有在牵引逆变器工作,如逆变器没有被封锁时估算的速度才有效。因此有必要在列车上至少安装2个速度传感器,目的主要是进行零速检测(门释放功能)、后溜保护及给司机速度信息。额外增加的这一速度测量确保了在任何牵引逆变器封锁的情况下列车有高度的冗余和可靠性。4低频时无速度传感器系统的运行无速度传感器的牵引系统也可以工作

5、在低速和列车倒行模式下。在此工作点上逆变器输出频率跨越“0”值,控制模式难以辨识感应电机中磁通的方向。图5证实了SITRAC能够应付这一严酷的工作状态:在2s时列车在有坡度的轨道上倒行,通过施加一个合适的向前的牵引力,车辆停住并且频率在过零时调整牵引力矩保持频率为零而没有不稳定的磁通定向,这就可认为计算速度等于测量速度。5动态性能以下利用SITRAC牵引控制系统的优良动态性能对典型测量进行了处理。图6说明了在力矩参考值阶跃(较小阶跃:15%正常力矩;较大阶跃:100%正常力矩)改变的情况下SITRAC的力矩控制品质;此外它还说明

6、了即使直流线电压快速改变,SITRAC也能够精确控制力矩,这也是铁路应用中满足运行的基本特征。6系统实际运行情况至今,广州地铁3号线车辆牵引系统在9个月的运行中共出现3次故障,分析如下:1)第一次故障是一块模拟/数字转换器故障造成逆变器不工作。2)第二次故障是一台逆变器不运转造成了整列车不牵引。广州地铁3号线每列车共安装了2个电机速度传感器(A,C车各一个),该信号提供给ICU(逆变器控制单元)作为参考速度。正常情况下,如果在A车的逆变器控制单元不能再运转了,来自于动车速度传感器的相关信号也会丢失,因此其它的速度传感器(来自于C

7、车)应该被使用。但是,出现故障时安装在列车上的列车控制单元(VCU)软件没有执行所描述的以上功能。该问题后来通过修改VCU软件得到了解决。3)第三次故障是由于一个速度传感器出现故障造成,故障时以上第二点描述的VCU功能也执行了,但由于在此前的一次维护中输入了错误的轮径值造成了错误的参考速度最终导致了空转滑行。根据以上的分析,目前出现的几次故障都是其它原因造成的,SITRAC无速度传感器的牵引控制系统本身并没有出现故障,运行是稳定的。目前120km/h第一阶段的运行实验已经完成,运行良好。7结论无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场

8、定向控制理论发展而来的,实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置,而要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的。但我们看到,即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置,也可以在变频器内部得到与磁通相应的量,并由此得到无速度传感器的矢量控制方式。