电力机车变流系统实验装置设计及控制算法研究

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1、密级：公开f工学硕士学位论文电力机车变流系统实验装置设计及控制算法研究ResearchonExperimentalDeviceDesignandControlAlgorithmofElectricLocomotiveConverterSystem培养单位：电气与电子工程学院专业：电力电子与电力传动研究生：段鑫指导老师：燕延教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它

2、教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：日期：签名：日期：摘要电力牵引交流传动系统作为

3、电力机车的核心技术，为机车的运行提供原动力，确保了列车安全、可靠、快速运行，因此对其做进一步的研究具有重要意义。本文基于电力机车牵引交流传动系统，对四象限整流器的控制策略以及三相异步电机的控制策略进行了深入研究，同时设计了电力机车变流系统实验装置，验证了控制策略的可行性，为专业技术人员培训、学生教学提供了实验平台。首先，详细阐述了四象限整流器的工作原理，着重分析了瞬态电流控制策略，同时采用MATLABSimulink搭建了四象限整流器仿真模型，并将该模型用以模拟电力机车牵引、制动两种运行工况。仿真结果表明，瞬态电流控制策略具有良好的动态响应和

4、稳态特性，是一种理想的四象限整流器控制策略。其次，建立了三相交流异步电机数学模型，并据此搭建了异步电机矢量控制系统仿真模型。同时对三相异步电机无速度传感器控制技术进行了深入研究，即采用模型参考自适应的方法实现对三相异步电机转速的辨识。并针对自适应算法PI控制器存在的不足，采用滑模控制器取代自适应算法PI控制器，对传统模型参考自适应算法进行了完善，并通过异步电机无速度传感器矢量控制系统仿真模型，验证了其良好的转速跟踪效果。最后，完成了电力机车变流系统实验装置的设计，即以TMS320F28335芯片作为主控芯片，采用智能功率模块作为主电路，通过对电

5、压、电流的检测实现对四象限整流器控制以及异步电机无速度传感器矢量控制，并通过实验验证了控制算法的正确性以及有效性。关键词：交流传动系统；瞬态电流控制；无速度传感器控制技术；模型参考自适应；滑模控制器AbstractTheelectrictractionACdrivesystem,asthecoretechnologyofelectriclocomotives,providesthedrivingforcefortheoperationoflocomotivesandensuresthesafety,reliabilityandrapidoper

6、ationoftrains.Soitisnecessaryandsignificanttodofurtherresearchonthissystem.BasedontheelectrictractionACdrivesystemofelectriclocomotive,thispaperstudiesthecontrolstrategyofthefour-quadrantrectifierandthree-phaseACasynchronousmotor.Atthesametime,itdesignstheexperimentdeviceoft

7、heelectriclocomotivesystem,andverifiesthefeasibilityofthecontrolstrategy.Thisexperimentdeviceprovidesaplatformforprofessionalandtechnicalpersonneltrainingandstudentsteaching.Firstly,thepaperexpoundstheworkingprincipleofthefour-quadrantrectifierindetail.Thefocusisputontheanal

8、ysisofthetransientdirectcurrentcontrolstrategy.Thesimulationmodeloffour-qua