电力机车牵引变流器变频调速控制技术研究

论文摘要

随着铁路的大面积提速和高速动车组的应用,我国铁路运力紧张的局面得到了一定的缓解,但经济快速健稳的发展对铁路运力提出了更为迫切的要求,特别要求机车牵引速度快,牵引力大,实现高速重载。然而在机车核心装置牵引变流器的设计、制造,尤其是关键的传动控制方面,与世界先进水平相比存在很大的差距。本论文以用于高速货运电力机车的2×1200kW的大功率机车牵引变流器开发项目为依托,主要对电力机车牵引变流器变频调速相关关键控制技术进行研究。本文基于以DSP+FPGA芯片为核心的控制平台,主要研究了PWM调制、跳弓过分相控制和粘着控制等控制技术。在对牵引变流器主电路及硬件控制平台介绍的基础上,首先针对变流器功率器件开关频率极低的问题提出了分段同步PWM调制策略的解决方案:低频段采用异步SPWM调制方式,高频段采用分段同步的指定谐波消除SHEPWM调制方式。并基于DSP+FPGA控制平台进行了软件编程,实现极低开关频率下的PWM调制,消除了定子侧特定的低次谐波,减小牵引电机的转矩脉动。然后对机车运行中的跳弓过分相进行了分析,重点对跳弓过分相时异步牵引电机定子端失电残压及其对电机带速重投的影响进行了理论分析,提出了总体控制策略,并基于Matlab/Simulink进行了仿真,仿真结果与理论分析吻合,成功消除了电机带速重投时的电流、转矩冲击现象。最后对轮轨交通运输系统中的粘着概念进行了分析,提出了粘着控制系统的控制目标。针对控制目标,详细阐述了防空转防打滑的判定基准,介绍了目前国内国际上应用的粘着控制策略,最后在此基础上提出了本文的粘着控制策略,并给出了仿真结果。本文所提出的分段同步PWM调制策略及跳弓过分相控制策略均在2×1200kW的牵引变流器正机中得到了实验验证,粘着控制系统由于实验条件不具备尚未进行实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 交流传动技术的现状与发展
• 1.3 本论文的研究内容及安排
• 1.4 本章小结
• 2 牵引变流器主电路及驱动控制系统DCU 简介
• 2.1 牵引变流器主电路结构
• 2.2 驱动控制系统DCU
• 2.3 本章小结
• 3 分段同步PWM 控制技术
• 3.1 分段同步PWM 控制原理
• 3.2 SPWM 控制技术
• 3.3 特定消谐PWM（SHEPWM）控制技术
• 3.4 PWM 控制算法实现及电机变流器PWM 调制策略
• 3.5 本章小结
• 4 跳弓过分相控制
• 4.1 跳弓过分相概述及控制目标
• 4.2 直流母线电压维持
• 4.3 异步电机带速度重投
• 4.4 跳弓过分相控制策略实现及实验
• 4.5 本章小结
• 5 粘着控制
• 5.1 粘着基本理论
• 5.2 防空转/打滑基准
• 5.3 常用粘着控制策略
• 5.4 粘着控制系统设计及仿真
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结及展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献