Matlab环境下交流机车变频调速过程仿真
发布时间：2021-07-14 04:08
列车牵引交流传动控制系统作为电气传动控制的一个独立分支,在交通运输牵引传动领域有着举足轻重的地位。它是一个非线性、变量多和强耦合的系统,能量传递通过变流器完成交-直-交的转换,将转换后的交流电传输到异步电动机中完成传动。整个过程它以牵引电动机为控制对象,通过开环或者闭环控制系统对牵引电动机转速参数的实时控制,来达到对驱动对象控制与调节的目的。实际传动系统的构建相当细致与复杂,并且影响运行稳定的因素众多,其中系统运行过程中产生的谐波对系统的稳定性影响比较严重,这些谐波主要来源是IGBT开关元件工作时导致的尖峰电压所产生。为了使系统运行的稳定性有所提高,本文针对谐波这一问题,主要开展了Matlab环境下交流机车变频调速过程仿真分析并做系统改进的工作,主要包括:研究了列车牵引交流系统运行的基本原理,了解其运行过程中会产生谐波的主要原因,然后在Matlab/simulink平台上搭建传动系统的仿真模型,完成仿真并分析结果;研究了滤波电路的相关原理,针对谐波问题对仿真电路进行改进,改进方案是在逆变器输出端的电路中加入设计的三相滤波器电路,并对改进后的模型进行仿真,再根据仿真实验结果与改进前的仿真...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
交流传动系统简图
产生的机械能就被制动电阻消耗。至今，电力机车的制动方式有电阻制动和再生制动两种，电阻制动是以电能的形式将制动轮产生的机械能传递给制动电阻，并以热能的形式在制动电阻上消耗。当机车采用正常制动时，再生制动出现状况，发生制动不足或者无效，则电阻制动将顺利投入运行，作为再生制动的补充。再生制动就是可以在制动时再生能量，顾名思义，就是将产生机械能转化电能的制动过程，将轮对产生的机械能转化为电能并反向传递到电网中，得以再次利用。在此过程中不会产生机械磨损，制动力效果更好，效率更高。能量传递路径如图1.2所示。图1.2能量传递路径在异步电动机变压变频调速时，需要进行频率和电压的协调控制，通过压频比这个衡量标准去调节，电压和频率作为两种独立的输入变量。恒功率运行时，牵引电动机与变流器之间有两种极端的调节方式，电动机与变流器二者只能有一个工作在最优状态，其能力才可以得到充分利用。逆变器开关通断时会导致逆变器输出电压波动，导致出现“尖峰电压”，这是谐波的主要来源。此外，逆变器输出本身就不是一个规则的正弦波，所以会还有一点谐波，当电机三相负载不均衡或者逆变器输出频率过高时，也会产生谐波[29]。因此，谐波来源很多，不管有几种谐波来源，产生的附加损耗转化为热能，对电机和电路都不好，所以本文提出在逆变器后加三个单相滤波器，可以使这个问题得到一些改善。交-直-交流传动电力机车的电源侧变流器是四象限脉冲整流器，在牵引工况下，整流器以整流模式工作，当机车再生制动的工况下，整流器以逆变的模式工作。它在再生制动或牵引工况下应能满足以下三点：电网电流波形接近正弦波形；交流电网侧功率因数接近1；保证直流中间环节的电压恒定。两电平式逆变器由开关元件IGBT组成三相逆变桥?
兰州交通大学工程硕士学位论文-9-2变频调速系统的理论分析2.1异步牵引电机的调速方式分析2.1.1异步牵引电机基本原理三相异步电机归属于感应电动机，需要同时接入相位差120度的380V三相交流电流供电的一类电动机，因为三相异步电动机的定子与转子旋转磁场以不同的转速、相同的方向旋转，运行过程产生转差率，三相异步电动机的名字由此而来。异步电动机转子导体上之所以能产生电磁作用力，关键是导体与行波磁场存在着相对运动，这样才能发生电磁感应，产生电势形成电流，从而产生电磁力。因此，三相异步电动机的转子转速或速度总是略低于或略高于同步转速或同步速度。如果异步电动机转子转速或速度等于同步速度或同步转速，则行波，磁场与转子导体之间不再有相对运动，也就不可能在转子导体中感应电势、产生电磁力异步电动机的转子与行波磁场只能异步运动[30]。旋转的转子和固定的定子是三相异步电动机两个基本部分组成。其中定子包括定子铁心、定子绕组、定子机座三部分，定子机座为定子铁心提供安装空间，是电动机的机械支撑部分，机车用的异步电动机中通常不采用专门机座，而采用全叠片焊接结构机座；定子铁心是电动机主磁路的一部分，为减少铁心损耗与励磁电流，铁心由低损耗冷轧硅钢片冲片叠成；定子绕组为电动机的电路部分，其作用主要是感应电势，通过电流来实现能量转换[31]。还有一个基本组成就是转子，转子的结构采用铜导条鼠笼式，由转子铁心、转轴和转子绕组构成，转子铁心也为主磁路的一部分，通常是两个压板和冷轧硅钢片叠压形成，将其套在转轴上，配合传递扭矩。三相笼型异步电动机的组成部件如图2.1所示。图2.1异步电动机组成图
本文编号：3283379
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
交流传动系统简图
产生的机械能就被制动电阻消耗。至今，电力机车的制动方式有电阻制动和再生制动两种，电阻制动是以电能的形式将制动轮产生的机械能传递给制动电阻，并以热能的形式在制动电阻上消耗。当机车采用正常制动时，再生制动出现状况，发生制动不足或者无效，则电阻制动将顺利投入运行，作为再生制动的补充。再生制动就是可以在制动时再生能量，顾名思义，就是将产生机械能转化电能的制动过程，将轮对产生的机械能转化为电能并反向传递到电网中，得以再次利用。在此过程中不会产生机械磨损，制动力效果更好，效率更高。能量传递路径如图1.2所示。图1.2能量传递路径在异步电动机变压变频调速时，需要进行频率和电压的协调控制，通过压频比这个衡量标准去调节，电压和频率作为两种独立的输入变量。恒功率运行时，牵引电动机与变流器之间有两种极端的调节方式，电动机与变流器二者只能有一个工作在最优状态，其能力才可以得到充分利用。逆变器开关通断时会导致逆变器输出电压波动，导致出现“尖峰电压”，这是谐波的主要来源。此外，逆变器输出本身就不是一个规则的正弦波，所以会还有一点谐波，当电机三相负载不均衡或者逆变器输出频率过高时，也会产生谐波[29]。因此，谐波来源很多，不管有几种谐波来源，产生的附加损耗转化为热能，对电机和电路都不好，所以本文提出在逆变器后加三个单相滤波器，可以使这个问题得到一些改善。交-直-交流传动电力机车的电源侧变流器是四象限脉冲整流器，在牵引工况下，整流器以整流模式工作，当机车再生制动的工况下，整流器以逆变的模式工作。它在再生制动或牵引工况下应能满足以下三点：电网电流波形接近正弦波形；交流电网侧功率因数接近1；保证直流中间环节的电压恒定。两电平式逆变器由开关元件IGBT组成三相逆变桥?
兰州交通大学工程硕士学位论文-9-2变频调速系统的理论分析2.1异步牵引电机的调速方式分析2.1.1异步牵引电机基本原理三相异步电机归属于感应电动机，需要同时接入相位差120度的380V三相交流电流供电的一类电动机，因为三相异步电动机的定子与转子旋转磁场以不同的转速、相同的方向旋转，运行过程产生转差率，三相异步电动机的名字由此而来。异步电动机转子导体上之所以能产生电磁作用力，关键是导体与行波磁场存在着相对运动，这样才能发生电磁感应，产生电势形成电流，从而产生电磁力。因此，三相异步电动机的转子转速或速度总是略低于或略高于同步转速或同步速度。如果异步电动机转子转速或速度等于同步速度或同步转速，则行波，磁场与转子导体之间不再有相对运动，也就不可能在转子导体中感应电势、产生电磁力异步电动机的转子与行波磁场只能异步运动[30]。旋转的转子和固定的定子是三相异步电动机两个基本部分组成。其中定子包括定子铁心、定子绕组、定子机座三部分，定子机座为定子铁心提供安装空间，是电动机的机械支撑部分，机车用的异步电动机中通常不采用专门机座，而采用全叠片焊接结构机座；定子铁心是电动机主磁路的一部分，为减少铁心损耗与励磁电流，铁心由低损耗冷轧硅钢片冲片叠成；定子绕组为电动机的电路部分，其作用主要是感应电势，通过电流来实现能量转换[31]。还有一个基本组成就是转子，转子的结构采用铜导条鼠笼式，由转子铁心、转轴和转子绕组构成，转子铁心也为主磁路的一部分，通常是两个压板和冷轧硅钢片叠压形成，将其套在转轴上，配合传递扭矩。三相笼型异步电动机的组成部件如图2.1所示。图2.1异步电动机组成图
本文编号：3283379
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