交流传动机车的控制系统.doc

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1、第三节交流传动机车的控制系统对于铁路牵引，要求传动系统按照一定的控制方式（如恒力矩和恒功率）运行，同时又要不断地进行加速或减速。为了保证机车牵引系统有较高的静态控制精度和动态稳定性，机车上通常采用闭环控制系统在任何一个传动系统中，速度和转矩值通常被认为是两个重要的被调量。控制转矩，有两种方法：一种是由相关联的其它物理量作为给定信号，并检测这些量的实际值作为反馈信号（如电压、定子电流和转差频率），来有效地控制电机的转矩；另一种是利用检测的或计算的转矩作为反馈信号，与给定的转矩作比较，产生转矩调节器的输入信号，来直接控制传动系统的转矩

2、。前者已广泛的应用在各种交流传动机车和动车组上；后者也称为直接力矩控制，它是迄今为止最佳的控制方法，已经在机车上采用。交直交变频调速系统经过近十多年来的发展，出现了许多形式，例如，电压、频率协调控制的变频调速系统，转差频率控制的变频调速系统，谐振型变频调速系统，矢量控制的变频调速系统和直接转矩控制的变频调速系统等。一、转差频率控制的交流传动系统目前，在铁路牵引的交流传动系统中，大都采用脉宽调制（PwM）逆变器，这种逆变器的特点在于：当控制系统给定电压***和频率***时，PWM信号生成单元控制逆变器的输出总能保证电动机气隙磁通**

3、****接近恒值，这就满足了关于恒磁通控制的要求。根据****，转矩T只取决**的值，如果系统能合适的控制**以及**随**的变化规律，就能使电动机按照要求的运行方式控制力矩。如图***所示的系统控制结构，是已经在一些机车和动车组上采用的实例。从基本特征来看，它是一种由电压型逆变器供电并具有电流反馈的转差闭环的双闭环控制系统。从司机室送出的给定转矩**信号，一路通过**函数发生器产生给定的转差频率**，它与反馈的转速信号**相加得********（牵引）或想减得******（再生制动），确定了逆变器输出电压频率。考虑到恒转矩对磁通

4、****的要求，系统中设置了一个电压函数发生器，其函数关系为，***是考虑零速度附近对定子绕组压降的补偿。给定转矩信号**的另一路经过电流函数发生器转换成电流给定信号***，与实际测得的电流比较后，经电流调节器得偏信号***，和***合成后得电压控制信号**。取*****，其中**反映电流反馈控制的影响。当实际电流给定电流，使**增加；反之，**减小。在**的组成中，**所占的比重大，可以保证电压和频率按线性关系调节。转差频率控制除应用于电压源逆变器传动系统外，还较多地用于电流源逆变器传动系统。电流源转差频率控制的运行方式与电压源

5、相同，即：从零速度到额定速度为恒转矩运行区；在额定速度以上，电机端电压保持恒定，进入恒功运行区，当电动机以恒转矩运行时，其先决条件是磁通恒定，或者说需要激磁电流Im恒定。但Im不是一个独立变量，它与定子电流11与转差频率**之间存在一定函数关系。图***所示是采用转差闭环控制的电流控制的电流源异步电机传动系统。在该系统中，由于电流反馈取自中间直流回路，又因为***与***成正比，所以**和***之间存在与***和***之间类似的函数关系。在系统结构图中，转速偏差信号经速度调节器和绝对值电路处理，产生电流给定信号。电流反馈信号，一路

6、追踪，并经电流调节器后去控制系统电流；另一路由人函数发生器得出转差频率绝对值，由***加转速反馈信号，得频率控制信号****。另外，当转速偏差信号为正时，转差频率有正符号，系统处于牵引状态；反之，转差频率为负符号，系统处于制动状态二、矢量控制的交流传动系统以交流电动机作为系统的传动单元，关键是电磁力矩的产生与控制，前述的转差频率控制系统，就是根据电压（或电流）和转差来控制电磁力矩的。但转差频率控制的变频系统，其控制方式是建立在异步电动机稳态数学模型的基础上的，其动态性能不够理想。随着现代控制理论及控制技术的发展，一种模仿直流电机控

7、制的矢量控制系统取得了重大的进展，并已在许多变频调速系统、铁路干线机车（如西班牙的5252机车）和高速动车（如德国的IcE动车）上得到应用。在图4一18所示的控制系统中，通过转速传感器将电动机的实际转速信号田检测出来与给定转速信号矿进行比较，转速偏差信号△山经速度调节器sR产生力矩给定值T'，而转速信号山送到磁通函数发生器必F，该发生器在基速以下提供恒定的转子磁化电流给定值（恒力矩运行区），在超过基速后实现磁场削弱（恒功率运行区）。由给定力矩T’和给定转子磁链扩通过磁链观察器平M计算出给定电流弓，、瓜1和给定转差角频率矿，与实测得

8、的转速信号山相加得定子角频率信号山：，经积分得到同步旋转坐标系和静坐标系（轴系）之间的角位移尹，利用向量分析器VA可得sin尹和cos尹。把****和*****送入向量旋转器VR后，可得******，再经“2/3”坐标变换，得*****，与通过电流