地铁车辆牵引电机过电流原因分析

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1、地铁轻轨轨道交通装备与技术第4期2014年7月文章编号：2095—5251(2014)04—0023一O3地铁车辆牵引电机过电流原因分析禹建伟(西安地下铁道有限责任公司运营分公司陕西西安710016)摘要：西安地铁二号线车辆在运营期间牵引控制多次出现电机过电流故障，从牵引电机矢量控制的基本原理入手，经过多次车辆动态试验并深入分析故障数据，修改控制软件后，跟踪数月故障未再现，结果表明更新软件后的控制系统有良好的动态性。关键词：地铁车辆；矢量控制；牵引电机过电流；异步调制；同步调制中图分类号：U279．32文献标识码：B西安地铁二号线开

2、通运营以来，地铁车辆牵引系载波振幅，输出电流／电压波形如图2(A)所示；统多次报“牵引电机过电流(MMOCD)”故障。虽然(2)第2阶段(同步脉冲模式)：此模式中，PWM牵引系统设计有电机过电流自动保护，出现故障可自调制波和三角形载波同步，同时调制波振幅大于载动复位，但故障的频繁发生不但影响乘客乘坐地铁的波振幅，输出电压／电流波形如下图2(B)所示；舒适性，而且会对牵引电机定子绕组的绝缘性能以及(3)第3阶段(单脉冲模式)：如图2(C)所示，牵引逆变器内各电子元件的使用寿命产生很大影响。输出电压波形与基本波形对应，为180。通电波形

3、，此模式中，输出电压最大(100％)。1牵引电机控制原理模式(A)双极调制模式(B)同步脉冲模式(C)单脉冲模式类型1．1逆变器控制原理输d日压指令载’输出哇五指载输出【压冷输出电'·西安地铁二号线车辆的牵引控制设计为无速度压指令，^‘／、晌5}A·一．1载波的O传感器矢量控制，即通过测量异步电动机定子电流●图形与_豳_llI『llI矢量⋯，根据磁场定向原理分别对其励磁电流和转输出电·'●．聊n压波形●-_—一矩电流进行计算控制，从而控制异步电动机的转矩。●O●牵引控制设计采用PWM脉宽调制控制，为充●E输出电压输出E邑压输出I分利

4、用IGBT器件性能，共选用3种调制控制模式，输出0≤E≤76％76％≤≤100％E=10o％电压分别是双极调制模式、同步脉冲模式和单脉冲模式(见图1)，分3个阶段进行控制：图2各PWM模式的输出电压／电流波形1．2逆变器控制过程地铁车辆从开始运行到停止一般分为3个阶段，逆变器要完成对牵引电机的5种控制模式，其对应的运行模式和控制模式如图3所示。模式I：开始阶段固定扭矩控制。司控器手柄放置在牵引位，IGBT门极运行开始命令，产生滑动频率，牵引电机启动，随着电机的加速，逆变器开始通过保持逆变器输出电压()和逆变器频率(．厂)的图1输出电

5、压特性与PWM模式的对应比率启动固定控制模式。(1)第1阶段(双极调制模式)：此模式中，PWM模式Ⅱ：在减弱区控制范围内正常功率控制。调制波与三角形载波不同步，调制波振幅小于等于当选择上述调制模式转到单脉冲模式时，逆变器把收稿日期：2013—03—30牵引电机的电压加到最大值，发生了从固定扭矩特作者简介：禹建伟(1972一)，男，本科学历，工程师，从事城市轨道车性到固定电压特征的转变，然后磁通量强度随着列辆技术管理工作。车速度的增加而减小，产生的扭矩也随着减小。这23禹建伟地铁车辆牵引电机过电流原因分析轨道交通装备与技术第4期201

6、4年7月接触嘲皇压00～div)滤波电容器电压(5ooMdiv)电机电流(400A／di转矩电圈)转矩电磁堕一转差鲤堂)调制率(1O(~／ddfiv)⋯——磁嘿里l仁L}有电机瞬时电流跳起的倾向l图3逆变器车辆运行模式和控制模式级位指令种模式下，电机扭矩减小与速度成反比。图4电机过电流时的示波图(转子频率为6oHz，速度为35km／h)模式11I：惯性运行。司控器手柄回零，车辆靠惯性运行，在此期间，发送给逆变器的门脉冲停止。模式IV：再生制动范围内的固定频率控制。司控器调到制动位置，再生制动运行过程中，滑动频率被控制为负值(在功率控

7、制期间与滑动控制比较)，异步电机用作为发电机以产生制动扭矩。模式V：在再生制动范围内固定扭矩控制。在‘_q棚-ID-Im-1,I~B-1110-1600棚棚-40O岫_Il0枷脉宽控制器脉冲模式下，执行固定电压／频率比率时i'Ei]／ms(V／f)控制，逆变器控制输出固定的再生制动力。图5MMOCD保护动作发生时的电流波形在再生制动末段，逆变器停止工作，此时为了补偿再工况下的动作。微机与逆变器装置的逻辑控制单元生制动力的减小，空气制动被启用。连接，从而监控并测试逻辑控制单元的硬、软件功1．3故障检测原理能。在进行反复的模拟试验后，回

8、零时的电机过电牵引逆变器分别设置有3个电流传感器来实时流保护动作再现。检测其三相电流的输出，当列车在牵引或电制动通过分析牵引逆变器控制的3个阶段PWM调状态，任何一个电流传感器检测到电流大于1700A制控制细节发现，在电机转子频率到达