列车牵引传动系统节能技术实现与研究

摘要

本文依托“十二五”国家科技支撑计划重点项目“城市轨道交通列车综合节能关键技术及工程应用示范”，对牵引传动系统的节能措施展开了研究，采用了最大转矩电流比(MTPA)的控制策略和特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的调制策略，分别对现有地铁牵引逆变器进行了改进，并利用仿真以及实验验证了这两种策略的可行性和有效性。
　　对地铁列车牵引传动中电机矢量控制策略进行了研究，分析了矢量控制理论和坐标变换中的Clarke变换、Park变换，并在此基础上建立了电动机的动态数学模型，车辆模型和转子磁链模型，并在MATLAB仿真环境中对矢量控制系统进行了建模与仿真。
　　对最大转矩电流比(MTPA)的控制策略进行了研究，在保证电机输出转矩不变的前提下提出了改变励磁电流和转矩电流的大小关系，通过这种改变使电机定子电流值达到最小的目的，在矢量控制的基础上给出了MTPA的控制框图，并在MATLAB仿真环境中建立了控制模型，通过仿真验证了理论的正确性，并在实验室搭建了牵引传动平台，通过大量的实验数据验证了理论的正确可行性。
　　对特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的调制策略进行了理论分析与研究，对谐波造成的转矩脉动、发热和噪声这几项危害进行了阐述，分析比较了地铁十号线列车传统调制模式SPWM和SHEPWM调制模式，给出了改进后的混合模式的调制方式，并给出了调制框图，在矢量控制基础上搭建了仿真模型，通过在MATLAB仿真环境中的对比仿真分析，得出了对特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)在低次谐波消除方面的优势，通过实验进行了验证并给出了调制模式切换的波形图，验证了理论的正确性。
　　这两种策略的改进，实验结果与前文得到的仿真结果理论分析一致，验证了本文提出的控制方法和调制方法的有效性。在地面实验平台的基础上，验证了这两种策略确实增加了牵引传动系统的节能效果，并且给出了具体的节能数据。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景和选题意义

1．2 牵引传动系统研究现状与发展趋势

1．3 电力牵引交流传动与控制系统

1．3．1 地铁牵引传动系统组成

1．3．2 交流传动系统控制技术

1．4 本论文的章节及主要研究内容

2 矢量控制技术及牵引系统节能技术

2．1 矢量控制

2．1．1 矢量控制基本思想

2．1．2 坐标变换

2．2 矢量控制系统模型

2．2．1 电动机动态数学模型

2．2．2 转子磁链观测模型

2．3 矢量控制系统建模及仿真

2．4 牵引传动系统节能技术

2．4．1 最大转矩电流比控制技术

2．4．2 特定谐波脉宽调制技术

2．5 本章小结

3 最大转矩电流比控制策略与研究

3．1 最小电流控制理论的提出

3．2 MTPA控制策略

3．2．1 MTPA国内外研究现状

3．2．2 轻载稳态下MTPA控制策略

3．3 仿真结果和分析

3．4 实验及验证

3．4．1 实验平台的搭建

3．4．2 实验验证

3．5 本章总结

4 特定谐波消除脉宽调制策略

4．1 谐波的影响

4．1．1 转矩脉动

4．1．2 谐波发热

4．1．3 噪声

4．2 特定谐波消除(SHEPWM)原理分析

4．2．1 特定谐波消除脉宽调制的原理

4．2．2 特定谐波消除脉宽调制计算与结果分析

4．3 SPWM与SHEPWM调制技术比较

4．4 SPWM与SHEPWM对比仿真分析

4．4．1 SPWM仿真分析

4．4．2 SHEPWM仿真分析

4．4．3 平滑过渡的原则

4．5 实验及验证

4．6 本章小结

5．1 全文结论

5．2 未来研究工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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