动车组牵引电机并联运行控制研究
发布时间：2020-12-16 17:20
因为成本低、轻量化和结构紧凑等优点,动车组多采取单台逆变器驱动多台异步牵引电机并联运行的控制方式。但电机参数差异、车轮轮径差异和轮轨黏着状态的变化都会影响列车控制性能,因此对动车组异步牵引电机并联运行控制的研究很有必要。本文以动车组同一转向架下并联的异步牵引电机为控制对象,研究并联电机矢量控制法和列车黏着控制法。首先对异步牵引电机矢量控制原理进行介绍,并分析了参数差异、轮径差异和黏着异常对并联电机转矩不平衡的影响。其次介绍轮轨黏着基本理论,并基于黏着理论和传动系统的动力学模型,建立了同一转向架下并联异步牵引电机等效负载模型。随后以异步电机间接矢量控制为基础,研究平均转子磁场定向的控制方法。暂且忽略影响较小的参数差,应用前文建立的负载模型,对车轮存在轮径差的情况进行仿真,证明该控制方法可以使并联电机输出更高的平均转矩。考虑到轮径差较大时此法控制的并联电机难以稳定启动的问题,采用了加权转子磁场定向的控制方法,通过引入加权值,合理地分配对并联电机的控制权重,解决了轮径差较大时的启动问题。并在控制系统中引入励磁补偿环节有效地削弱了电机间的转矩差。最后针对动车组难免要在黏着恶劣轨面运行的情况,研...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．５?ＣＲＨ３８０Ａ型动车组变流器主电路??Ｆｉｇ．２．５?Ｍａｉｎ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ＣＲＨ３８０Ａ?ＥＭＵ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??１２??
第二章异步电机矢量控制原理及并联特性??２．３．２轮径差异??理想情况下，同一转向架下各个车轮的半径应该是不存在差异的，但是由于制作工??艺水平的限制以及实际运行中轨面状态变化引起的对车轮磨损不同，会导致同一转向架??下的四个车轮轮径产生差异，同时因为异步牵引电机输出转矩的特性较硬，细微的轮径??差异对于由同一逆变控制的并联电机的功率分配都会产生很大影响，下面针对此因素进??行分析。??ｍＫｍ?ｈｈ??ａ）Ｎ向等值轮柃差?｜?ｂ）反向等值轮衿差??ｅ）Ｍ轴等悄．轮衿差??ｗｍｍ??Ｃ）前轮对轮径差?ｄ）后轮对轮径左??图２．７转向架轮径差??Ｆｉｇ．２．７?Ｂｏｇｉｅ?ｗｈｅｅｌ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ??如图（２．７），?ａ）表示转向架同一边车轮的有相等的半径，同轴的车轮半径不等，但是??分别与平行方向上的车轮半径相等；ｂ）表示转向架对角线上的车轮半径相等；ｃ），ｄ）分??别为仅有一个车轮与其他三个车轮存在的差值情况；ｅ）所示的同轴轮对半径相等，但不??同电机驱动的不同轴轮对有轮径差。就牵引电机并联运行方式，下面分別分析单轴轮径??差和双轴轮径差对转矩的影响。??（１）单轴轮径差对转矩的影响??以前轴车轮存在轮径差的情况为例。受到机械耦合的制约，单轴上的两车轮的转动??速度是相同的，假设右侧车轮半径比左侧车轮小，那么右侧的轮缘线速度就会小于左轮。??１５??
?大连交通大学工学硕士学位论文???左右两侧车轮分别受到向前和向后的纵向蠕滑力。此纵向蠕滑力将使轮对偏转，被迫沿??着顺时针方向摇头。橫向上出现如图所示的蠕滑力７；／，?７＞会使前轮对偏向右侧运行，??最终两侧车轮达到滚动半径等效状态。所以单轴上存在轮径不相等的轮对的纯滚动线相??较于处于轨道的中心线有所偏移。虽然假设后轮对轮径相等，理论上两线重合，但由于??受到前轮对的影响，它也产生些许偏移。这样就非常容易产生横向的晃动和蛇行失稳。??仅前轴车轮存在轮径差的情况下，虽然可以保证纯滚动状态，但等效滚动线偏离了中心??线，等效的轮对半径偏小，相当于图ｅ）前后轴轮径差情况，最终造成电机输出的转矩不??均衡。???？??Ｖ??Ｔｌｘ２?１?Ｔ??、Ｉ??－ＩＩ?Ｃ?１１－??Ｉ?＾????ｆ??■■■■■??图２．８具有单轴轮径差的转向架受力示意图??Ｆｉｇ．２．８?Ｆｏｒｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｂｏｇｉｅ?ｗｉｔｈ?ｓｉｎｇｌｅ?ａｘｌｅ?ｗｈｅｅｌ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ??（２）双轴轮径差对转矩的影响??根据２．１节公式（２．１８）可以近似得出电磁转矩与转差率的关系：??〇?３ｎｆＤ?Ｕｓｓ?＾ｓ（０＜ｓ＜ｓｊ?（２．２５）??２苁／Ａ??假设并联的两台异步牵引电机特性即各参数均相同，仅考虑轮径的差异，由于机车??在轨面上运行，车轮线速度相等，定义％￣分别为两电机的转速即机械角速度，５、??ｒ２分别为两电机驱动的车轮的半径。那么可以得到：??ｎｘｘｒｘ?＝ｎ２ｘ?ｒ２?（２．２６）??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速列车最优黏着控制方法研究及展望[J]. 徐诗孟,沈飞. 变频器世界. 2018(08)
[2]高速轮轨黏着机理的研究进展及其应用[J]. 常崇义,蔡园武,李兰,陈波. 中国铁路. 2017(11)
[3]CRH系列动车组牵引变流器主电路分析[J]. 邹档兵. 铁道机车车辆. 2017(02)
[4]参数优化的支持向量机机车车轮状态检测[J]. 何静,刘林凡,张昌凡,豆兵兵. 电子测量与仪器学报. 2016(11)
[5]并联电机结构对动车组黏着利用的影响[J]. 高翔,张波. 铁道机车车辆. 2016(03)
[6]基于无速度传感器的异步电机并联加权矢量控制[J]. 王琛琛,齐龙,苟立峰,周明磊. 电工技术学报. 2015(10)
[7]世界铁路高速列车50年的发展与进步[J]. 李瑞淳. 国外铁道车辆. 2014(06)
[8]基于DTC-SVM的多电机并联驱动系统[J]. 马秀娟,孙洋,张华强,刘陵顺. 电机与控制应用. 2014(06)
[9]动车组防空转、防滑控制技术及策略选取浅析[J]. 康成伟,赵志强. 铁道车辆. 2013(07)
[10]单变频器驱动速度耦合两并联异步电机控制策略[J]. 徐飞,史黎明,李耀华. 中国电机工程学报. 2013(15)
博士论文
[1]高速轮轨黏着特性数值与实验研究[D]. 吴兵.西南交通大学 2015
[2]地铁动车牵引传动系统分析、建模及优化[D]. 林文立.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]动车组牵引电机黏着控制研究[D]. 徐诗孟.大连交通大学 2018
[2]CRH5型动车组万向轴动不平衡故障检测方法研究[D]. 李倩.西南交通大学 2018
[3]CRH2型动车组电力牵引传动系统研究[D]. 朱琳.西安科技大学 2017
[4]内燃机车的牵引电机并联控制方法研究[D]. 齐龙.北京交通大学 2015
[5]高速列车牵引异步电机并联运行方式的黏着控制方法研究[D]. 王赛.北京交通大学 2014
[6]基于蠕滑加速度的高速列车黏着控制研究[D]. 庞红燕.北京交通大学 2014
[7]列车牵引传动系统性能分析和仿真技术研究[D]. 汪斌.浙江大学 2013
[8]CRH2型动车组最大牵引性能的研究[D]. 张超.东北大学 2012
[9]CRH1型动车组牵引传动系统仿真研究[D]. 李勇.西南交通大学 2012
[10]并联双感应电机牵引系统协调控制研究[D]. 吴仲辉.中南大学 2010
本文编号：2920501
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．５?ＣＲＨ３８０Ａ型动车组变流器主电路??Ｆｉｇ．２．５?Ｍａｉｎ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ＣＲＨ３８０Ａ?ＥＭＵ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??１２??
第二章异步电机矢量控制原理及并联特性??２．３．２轮径差异??理想情况下，同一转向架下各个车轮的半径应该是不存在差异的，但是由于制作工??艺水平的限制以及实际运行中轨面状态变化引起的对车轮磨损不同，会导致同一转向架??下的四个车轮轮径产生差异，同时因为异步牵引电机输出转矩的特性较硬，细微的轮径??差异对于由同一逆变控制的并联电机的功率分配都会产生很大影响，下面针对此因素进??行分析。??ｍＫｍ?ｈｈ??ａ）Ｎ向等值轮柃差?｜?ｂ）反向等值轮衿差??ｅ）Ｍ轴等悄．轮衿差??ｗｍｍ??Ｃ）前轮对轮径差?ｄ）后轮对轮径左??图２．７转向架轮径差??Ｆｉｇ．２．７?Ｂｏｇｉｅ?ｗｈｅｅｌ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ??如图（２．７），?ａ）表示转向架同一边车轮的有相等的半径，同轴的车轮半径不等，但是??分别与平行方向上的车轮半径相等；ｂ）表示转向架对角线上的车轮半径相等；ｃ），ｄ）分??别为仅有一个车轮与其他三个车轮存在的差值情况；ｅ）所示的同轴轮对半径相等，但不??同电机驱动的不同轴轮对有轮径差。就牵引电机并联运行方式，下面分別分析单轴轮径??差和双轴轮径差对转矩的影响。??（１）单轴轮径差对转矩的影响??以前轴车轮存在轮径差的情况为例。受到机械耦合的制约，单轴上的两车轮的转动??速度是相同的，假设右侧车轮半径比左侧车轮小，那么右侧的轮缘线速度就会小于左轮。??１５??
?大连交通大学工学硕士学位论文???左右两侧车轮分别受到向前和向后的纵向蠕滑力。此纵向蠕滑力将使轮对偏转，被迫沿??着顺时针方向摇头。橫向上出现如图所示的蠕滑力７；／，?７＞会使前轮对偏向右侧运行，??最终两侧车轮达到滚动半径等效状态。所以单轴上存在轮径不相等的轮对的纯滚动线相??较于处于轨道的中心线有所偏移。虽然假设后轮对轮径相等，理论上两线重合，但由于??受到前轮对的影响，它也产生些许偏移。这样就非常容易产生横向的晃动和蛇行失稳。??仅前轴车轮存在轮径差的情况下，虽然可以保证纯滚动状态，但等效滚动线偏离了中心??线，等效的轮对半径偏小，相当于图ｅ）前后轴轮径差情况，最终造成电机输出的转矩不??均衡。???？??Ｖ??Ｔｌｘ２?１?Ｔ??、Ｉ??－ＩＩ?Ｃ?１１－??Ｉ?＾????ｆ??■■■■■??图２．８具有单轴轮径差的转向架受力示意图??Ｆｉｇ．２．８?Ｆｏｒｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｂｏｇｉｅ?ｗｉｔｈ?ｓｉｎｇｌｅ?ａｘｌｅ?ｗｈｅｅｌ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ??（２）双轴轮径差对转矩的影响??根据２．１节公式（２．１８）可以近似得出电磁转矩与转差率的关系：??〇?３ｎｆＤ?Ｕｓｓ?＾ｓ（０＜ｓ＜ｓｊ?（２．２５）??２苁／Ａ??假设并联的两台异步牵引电机特性即各参数均相同，仅考虑轮径的差异，由于机车??在轨面上运行，车轮线速度相等，定义％￣分别为两电机的转速即机械角速度，５、??ｒ２分别为两电机驱动的车轮的半径。那么可以得到：??ｎｘｘｒｘ?＝ｎ２ｘ?ｒ２?（２．２６）??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速列车最优黏着控制方法研究及展望[J]. 徐诗孟,沈飞. 变频器世界. 2018(08)
[2]高速轮轨黏着机理的研究进展及其应用[J]. 常崇义,蔡园武,李兰,陈波. 中国铁路. 2017(11)
[3]CRH系列动车组牵引变流器主电路分析[J]. 邹档兵. 铁道机车车辆. 2017(02)
[4]参数优化的支持向量机机车车轮状态检测[J]. 何静,刘林凡,张昌凡,豆兵兵. 电子测量与仪器学报. 2016(11)
[5]并联电机结构对动车组黏着利用的影响[J]. 高翔,张波. 铁道机车车辆. 2016(03)
[6]基于无速度传感器的异步电机并联加权矢量控制[J]. 王琛琛,齐龙,苟立峰,周明磊. 电工技术学报. 2015(10)
[7]世界铁路高速列车50年的发展与进步[J]. 李瑞淳. 国外铁道车辆. 2014(06)
[8]基于DTC-SVM的多电机并联驱动系统[J]. 马秀娟,孙洋,张华强,刘陵顺. 电机与控制应用. 2014(06)
[9]动车组防空转、防滑控制技术及策略选取浅析[J]. 康成伟,赵志强. 铁道车辆. 2013(07)
[10]单变频器驱动速度耦合两并联异步电机控制策略[J]. 徐飞,史黎明,李耀华. 中国电机工程学报. 2013(15)
博士论文
[1]高速轮轨黏着特性数值与实验研究[D]. 吴兵.西南交通大学 2015
[2]地铁动车牵引传动系统分析、建模及优化[D]. 林文立.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]动车组牵引电机黏着控制研究[D]. 徐诗孟.大连交通大学 2018
[2]CRH5型动车组万向轴动不平衡故障检测方法研究[D]. 李倩.西南交通大学 2018
[3]CRH2型动车组电力牵引传动系统研究[D]. 朱琳.西安科技大学 2017
[4]内燃机车的牵引电机并联控制方法研究[D]. 齐龙.北京交通大学 2015
[5]高速列车牵引异步电机并联运行方式的黏着控制方法研究[D]. 王赛.北京交通大学 2014
[6]基于蠕滑加速度的高速列车黏着控制研究[D]. 庞红燕.北京交通大学 2014
[7]列车牵引传动系统性能分析和仿真技术研究[D]. 汪斌.浙江大学 2013
[8]CRH2型动车组最大牵引性能的研究[D]. 张超.东北大学 2012
[9]CRH1型动车组牵引传动系统仿真研究[D]. 李勇.西南交通大学 2012
[10]并联双感应电机牵引系统协调控制研究[D]. 吴仲辉.中南大学 2010
本文编号：2920501
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/2920501.html
