带有双向直流环节的交流电机牵引实验系统的研究

摘要

采用共用直流母线的双电机对拖实验平台对基于1500VDC/750VDC直流供电的城轨交通车辆电力牵引交流传动系统中的变流器、变流器控制系统、交流牵引电机进行系统的功率实验与性能测试及控制策略研究，对我国电力牵引交流传动技术发展和车辆国产化进程具有重要的理论意义和实用价值。
　　 在对交流电机牵引实验系统和双向直流环节的工作原理深入研究的基础上，提出了将双向直流环节应用于电机牵引交流传动实验系统，给出了交流电机牵引实验系统和双向直流环节的小信号模型的线性状态方程，研究了适用于实验系统基于电压反馈解耦的矢量控制和平均电流控制。利用仿真软件对带有双向直流环节的交流电机牵引实验系统进行了仿真研究，仿真结果表明：该实验系统不仅可以进行恒负载转矩调节、恒牵引转速调节，而且还可以调节直流母线电压等级。
　　 在理论分析以及仿真研究的基础上，完成了实验系统的硬件电路部分和软件部分的初步设计，硬件电路部分包括DSP控制电路、双向直流变换器的功率电路以及控制电路，其中，DSP控制电路包括检测电路和通信电路等。软件部分包括上位机控制软件和DSP主控制软件，负责完成数据通信、A/D采样、矢量控制以及SVPWM调制输出。搭建了1.5kW×2共用直流母线电机对拖实验平台，进行了系统调试，给出了实验波形，验证了理论和仿真分析的准确性。

目录

文摘

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声明

1 绪论

1.1电气牵引交流传动技术的发展

1.2研究电力牵引交流传动实验系统的意义

1.3电力牵引交流传动实验平台的发展与现状

1.3.1“能量消耗型”实验系统

1.3.2“能量反馈型”实验系统

1.4双向DC/DC变换器的拓扑族

1.4.1非隔离型BDC变换器

1.4.2隔离型BDC变换器

1.5本文的研究内容和意义

2带有双向直流环节的交流电机牵引实验系统的原理

2.1实验系统的结构组成

2.2实验系统的工作原理

2.2.1实验系统的起动过程

2.2.2实验系统的恒负载转矩调节过程

2.2.3实验系统的恒牵引转速的调节过程

2.2.4实验系统的再生制动过程

2.3实验系统的节能分析

2.3.1实验系统的节能原理

2.3.2实验系统的节能率计算

2.4 BUCK/BOOST型BDC的工作原理

2.4.1 BDC的基本原理

2.4.2 BDC的主要工作模式

2.5本章小结

3带有双向直流环节的交流电机牵引实验系统的控制策略

3.1基于电压解耦的异步电机的矢量控制

3.1.1异步电机的数学模型

3.1.2交叉耦合电势的电压解耦

3.2交流电机牵引实验系统的控制策略

3.3电压空间矢量SVPWM

3.3.1电压空间矢量与磁链矢量

3.3.2基本电压空间矢量

3.3.3 SVPWM的实时调制

3.4 BDC变换器的控制策略

3.4.1平均电流控制原理

3.4.2 BDC变换器的小信号控制模型

3.4.3 BDC变换器控制系统设计

3.5仿真分析

3.5.1实验系统起动过程仿真结果分析

3.5.2恒负载转矩调节过程仿真结果分析

3.5.3恒牵引转速调节过程仿真结果分析

3.5.4再生制动过程仿真结果分析

3.5.5实验系统功率实验仿真结果分析

3.6小结

4实验系统的硬件设计

4.1系统总体硬件电路结构

4.2 DSP控制电路

4.2.1检测电路

4.2.2通信电路

4.2.3扩展铁电存储器

4.2.4按键、液晶显示模块

4.3 BDC变换器硬件设计

4.3.1功率电路的设计

4.3.2控制电路的设计

4.4本章小结

5 基于F2812的实验系统软件设计

5.1上位机控制软件

5.1.1上位机主程序模块

5.1.2通信模块

5.1.3按键模块

5.1.4液晶显示模块

5.2 DSP主控制器软件

5.2.1主程序设计

5.2.2 AD采样模块

5.2.3矢量控制模块

5.2.4 SVPWM模块

5.3本章小结

6实验结果分析

6.1 F2812的SVPWM波

6.2起动、制动过程的实验

6.3稳态实验

6.4功率实验

6.5本章小结

7 总结与展望

7.1本文内容及意义总结

7.2前景与展望

致 谢

参考文献

附 录