电动车组牵引传动系统的实时仿真研究

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1、第３２卷，第６期中国铁道科学Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．６２０１１年１１月ＣＨＩＮＡＲＡＩＬＷＡＹＳＣＩＥＮＣＥＮｏｖｅｍｂｅｒ，２０１１文章编号：１００１－４６３２（２０１１）０６－００９４－０８电动车组牵引传动系统的实时仿真研究崔恒斌１，马志文２，韩坤１，冯晓云１，仝力２（１．西南交通大学电气工程学院，四川成都６１００３１；２．中国铁道科学研究院机车车辆研究所，北京１０００８１）摘要：通过分析某电动车组牵引传动系统的结构和工作原理，基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立包含牵引变压器、四象限变流器、中间直流回路、ＰＷＭ逆变器和牵引电机５个子模型的牵引传动

2、系统离散数学模型，并联合ｄＳＰＡＣＥ实时仿真器建立包含虚拟牵引传动系统、牵引控制器和接口箱的牵引传动系统实时仿真平台，以模拟电动车组运行时的牵引传动系统，并首次通过虚拟司控台和电动车组中央控制系统，模拟牵引传动系统对司机操纵的响应。利用该实时仿真平台对牵引控制器车载程序进行测试，得到的牵引特性曲线与给定的牵引特性曲线基本一致，牵引和制动工况下的四象限变流器和牵引电机的电压和电流也满足牵引和制动控制的要求，表明所建立的牵引传动系统实时仿真平台能够较准确地模拟实际电动车组牵引传动系统的运行，平台中的虚拟牵引传动系统可代替实际传动系统用于电

3、动车组牵引控制器的研究及测试。关键词：电动车组；牵引传动系统；离散数学模型；实时仿真平台；车载程序中图分类号：Ｕ２６６．２文献标识码：Ａ电动车组牵引控制器（ＴＣＵ）的研究及现场测试具有环境复杂、损耗大、效率低和危险度高的１牵引传动系统的结构和工作原理特点。新一代ＴＣＵ采用了数字化的微处理器技术以及脉宽调制技术，使ＴＣＵ的研究和现场测试变牵引传动系统采用分布式结构，各子传动系统［１］得愈加复杂。ＴＣＵ研究测试平台引入硬件在回及中央控制系统之间利用ＭＶＢ网络进行数据交路思想，通过仿真器模拟电动车组牵引传动系统的换。传动系统主要由受电弓、牵

4、引变压器、四象限特性和外部环境，将真实ＴＣＵ与仿真器连接，在变流器、中间直流回路、ＰＷＭ逆变器、牵引电机实验室环境下即可实现ＴＣＵ的研发和测试，克服和变速箱组成。某电动车组牵引传动系统结构如图了传统ＴＣＵ研究和测试方法的不足。１所示。受电弓将接触网的２５ｋＶ单相工频交流电［２］［３］卢子广和ＳＩＭＯＮ建立了由逆变器和电机输送给牵引变压器，经变压器降压后的单相交流电组成的逆变系统模型，并借助实时仿真器对该系统供给２个四象限变流器，四象限变流器将单相交流［４］进行仿真。刘晨基于ｄＳＰＡＣＥ仿真器研究了逆电变换为直流电，经中间直流回路输送给

5、ＰＷＭ逆［５］［６］变器的补偿模型。ＰＥＴＥＲ和丁荣军以机车为变器，ＰＷＭ逆变器将直流电变换成幅值和频率均例，建立了牵引传动系统电特性分析模型，并研究可控的三相交流电，为三相异步牵引电机供电。牵了牵引传动系统的实时仿真方法。本文基于文献引电机轴输出的转矩和转速通过变速箱内的齿轮传［６］，通过分析某电动车组牵引传动系统（以下简称为牵引传动系统）的结构和工作原理，研究并建立传动系统模型和实时仿真平台；基于ＴＣＵ车载程序对传动系统实时仿真平台进行测试，并将仿真测试结果与实测数据进行对比分析。图１某电动车组牵引传动系统收稿日期：２０１０－１１

6、－１０；修订日期：２０１１－０４－２２基金项目：国家科技支撑计划项目（２００９ＢＡＧ１２Ａ０５）作者简介：崔恒斌（１９８７—），男，江苏南通人，博士研究生。第６期电动车组牵引传动系统的实时仿真研究９５递给车轴，转换成轮缘牵引力和车辆速度。Ψｓβｋ分别为两相静止坐标系下牵引电机前一时刻和当前时刻的定子磁链，初始时刻Ψｓα０＝Ψｓβ０＝０；２牵引传动系统仿真模型ｉｓαｋ－１，ｉｓβｋ－１，ｉｓαｋ和ｉｓβｋ分别为两相静止坐标系下牵引电机前一时刻和当前时刻的电流，初始时刻ｉｓα０为了缩短仿真系统的计算周期，建模型时采用＝ｉｓβ０＝０；ｕｓα

7、ｋ和ｕｓβｋ分别为两相静止坐标系下牵引Ｍａｔｈｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ自带的正弦波发生器模拟接触电机当前时刻的电压；Ｌｌｓ，Ｒｌｓ，Ｌｌｒ和Ｒｌｒ分别为牵网，并考虑理想牵引变压器，同时将牵引变压器的引电机定子的电感和内阻，转子的电感和内阻；漏感和漏阻与四象限变流器串联。Ｌｍ为牵引电机定子与转子间的互感；Ｔｅｋ为牵引电２．１符号机输出电磁转矩；ωｒｋ－１和ωｒｋ为牵引电机转子前一Ｕ１ｋ和Ｉ１ｋ分别为当前时刻牵引变压器原边绕组时刻和当前时刻的电角速度，初始时刻ωｒ０＝０；ｎｐ的电压和电流，本文取Ｕ１ｋ＝２５ｋＶ，ｋ＝１，２，为牵引电机极对

8、数；Ｊ为牵引电机转子的转动惯…，Ｎ，Ｎ为时间迭代总步数；Ｕｓｉｋ为当前时刻牵量；ＴＬｋ为牵引电机负载转矩；Ｔｃ为计算周期。引变压器２个副边绕组的电压，同时也是第ｉ个四２．２牵引变压器象限变流器的输入电压；Ｉｓｉｋ－１和Ｉ