三电平直接转矩控制在地铁牵弓中的应用研究-论文.pdf

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1、第14卷第23期2014年8月科学技术与工程Vo1．14No．23Aug．20141671—1815(2014)23-0056—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．机电技术三电平直接转矩控制在地铁牵引中的应用研究陶彩霞张丹于江坤(兰州交通大学自动化与电气工程学院，兰州730070)摘要依据地铁牵引电机的牵引特性，将三电平直接转矩控制技术应用在地铁交流调速系统中。针对地铁电力牵引特性，引入三电平直接转矩控制，不同的运行区段采取了不同的控制策略；不同阶段不同控制方法之间的过渡，采用速度施密特调节器实现了段切换代替点切换。应

2、用MATLAB软件对系统对系统做了研究与仿真实验，实验证明在地铁牵引中比较两电平，采用三电平直接转矩控制技术具有更好的动态性能。关键词三电平逆变器直接转矩控制牵引电机特性仿真中图法分类号TM343；文献标志码A三电平较两电平逆变器具有转矩脉动小、输出波形好、输出的谐波分量小、对器件耐压要求低等优点。国外很多发达国家的地铁控制技术采用三电平直接转矩控制；而我国在地铁中应用的仍然是两电平直接转矩控制。结合直接转矩控制的优点．3J，本文的主要工作就是将国外的技术应用到国内地铁中，将两电平直接转矩控制方法改进成三N电平控制方法，建立了系统的控制方案，以广州地铁，町{1—=——L一—=!—J—一一

3、号线为例，在MATLAB环境下对系统进行了仿真。图1地铁车辆逆变器拓扑结构1三电平逆变器Fig．1Subwayvehicleinve~ertopology1．1三电平逆变器拓扑结构／2(为直流回路电压)。以a相为例的开关状日本学者Nabae于1982年提出，在两个电力电态如表1所示。子开关器件串联的基础上，中性点加一对钳位二极表1三相逆变器a相开关状态管构成三电平逆变方案(neutralpointclamped，NPC，Table1aphaseswitchstateofthree-phaseinverter中性点钳位型逆变器)J。将其应用到广州地铁一+／2号线车辆，基本拓扑如图1所示。0

4、1．2三电平逆变器的空间电压矢量一Ud／2图1中三电平逆变器的每一个桥臂的四个开关有三种开关模式，引入开关状态函数s，则其对应逆变器产生的空间电压矢量如图2所示。其中的三个开关变量(P、O、N)，分别代表每相的三种电有效电压矢量19种，大、中、小矢量各6个，长度分位状态2，1，0。对应的输出相电压为一／2，0，+别为Ud7U、了1；零矢量1个。2014年3月20日收到甘肃省自然科学基金项目逆变器输出电压与三相开关函数和直流侧各电(1212RJZA073)资助压之间的关系可用式(1)表示。第一作者简介：陶彩霞(1972一)，女，硕士，副教授。研究方向：电机及控制与电力电子及电力传动。E-m

5、ail：tao—caixia@mail．1zjtu．cn。S—(S++o+xm23期陶彩霞，等：三电平直接转矩控制在地铁牵引中的应用研究57三童时间／s图3牵引系统运行的三个过程Fig．3Threerunningprocessoftractionsystem图2三电平逆变器空间电压矢量图Fig．2Spacevoltagevectordiagramof降，但转差频率、电机端电压不变，因此电机转矩与threelevelinverter逆变器频率的平方成反比下降。U=+(1一S)U。(1)1．3空间电压矢量调制算法文中采用文献[5]的调制方法确定参考电压矢量所在扇区，并判断参考电压矢量所在小三

6、角形区域。确定参考矢量位置后依据SVPWM合成的伏·秒平衡原则计算各矢量作用时间，为减少开关损耗确定输出电压矢量作用顺序，确定空间矢量在内部六边形区域或在两个六边形之间的区域旋转时的调制顺序，内部六边形区域，调制顺序按自D～D的图4转矩、定子电流、端压、转差频率方向旋转，当空间矢量在两个六边形之间的区域旋与转速的变化关系Fig．4Therelationshipamongtorque，statorcurrent，转时，调制顺序按图2自D，起到D，依次按逆时针voltage，slip~equencyandrotatespeed方向旋转至D2。2．2直接转矩控制策略2交流传动地铁列车的三电平直

7、接转牵引电机在恒力矩区工作时，磁链运行轨迹选矩控制策略择圆形方式。将电磁转矩限制在设计的容差范围2．1交流传动地铁列车的牵引特性内，以保持恒定的电磁转矩，采用电压矢量在零和非地铁地铁牵引系统的运行过程如图3l7所示。零之间交替作用的方式。对应轨道交通车辆的牵引加速、惰行和制动减速三弱磁范围内恒功率调节，由于其工作在基速以个过程，地铁车辆采用速度闭环控制，逐一实现恒转上，工作电压在整个区段中起作用。稳态弱磁时减矩、恒功率、自然特性。小