城市軌道交通永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、永磁電機(jī)以其高效率和高功率密度等優(yōu)勢(shì)正成為下一代城市軌道交通牽引電機(jī)的一種優(yōu)選方案。然而，受現(xiàn)有技術(shù)條件的制約，永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)不得不從群控方式向軸控方式轉(zhuǎn)變。這一轉(zhuǎn)變將使得功率開(kāi)關(guān)器件和電流傳感器的使用數(shù)量急劇增加，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性下降。而傳統(tǒng)的直接將故障逆變器及相關(guān)牽引電機(jī)從系統(tǒng)中切除的方式，很有可能導(dǎo)致列車(chē)牽引系統(tǒng)動(dòng)力不足。另一方面，現(xiàn)代城市軌道交通牽引系統(tǒng)中普遍采用的再生制動(dòng)方式顯示了巨大的節(jié)能潛力。可是傳統(tǒng)的基于鄰車(chē)吸收的再

2、生制動(dòng)能量利用方式面臨著再生制動(dòng)能量可能無(wú)法完全吸收而導(dǎo)致制動(dòng)電阻啟動(dòng)的問(wèn)題。因此，安裝車(chē)載儲(chǔ)能裝置已經(jīng)成為一種普遍接受的解決方案。但是現(xiàn)有的能量管理策略基本上都是圍繞儲(chǔ)能裝置來(lái)設(shè)計(jì)，而忽視了永磁電機(jī)的存在?；谏鲜隹紤]，本課題提出了一種新型城市軌道交通永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)。該系統(tǒng)以永磁電機(jī)作為牽引電機(jī)，安裝車(chē)載超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，在牽引電機(jī)和牽引逆變器之間增加一道容錯(cuò)橋，采用了多種新型控制策略，增強(qiáng)了城市軌道交通永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)的可靠性，提

3、高了城市軌道交通永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)的效率。
　　論文主要研究成果包括如下幾個(gè)方面:
　　1.闡述了課題的研究背景及其意義，深入而系統(tǒng)地綜述了城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了城市軌道交通牽引系統(tǒng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀;
　　2.提出了一種包括車(chē)載儲(chǔ)能裝置和容錯(cuò)型牽引模塊的新型城市軌道交通永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)，闡述了該系統(tǒng)各個(gè)組成部分的結(jié)構(gòu)和工作原理;
　　3.建立了城市軌道交通系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)級(jí)、列車(chē)級(jí)、線路級(jí)多層次數(shù)學(xué)

4、模型，基于MATLAB/Simulink搭建了城市軌道交通系統(tǒng)的多層次仿真模型，為城市軌道交通永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究提供了虛擬的城市軌道交通運(yùn)行環(huán)境，并通過(guò)仿真的方法驗(yàn)證了三種不同層次的數(shù)學(xué)模型;
　　4.提出了多電機(jī)牽引系統(tǒng)逆變器橋臂故障時(shí)的容錯(cuò)控制策略，在牽引電機(jī)和牽引逆變器之間加入了容錯(cuò)橋，進(jìn)而提出了容錯(cuò)型牽引模塊，分別提出了“最小占空比跟蹤法”和“不相鄰選擇原則”，解決了牽引模塊公共橋臂的過(guò)流問(wèn)題，增強(qiáng)了城市軌道

5、交通永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)應(yīng)對(duì)牽引逆變器故障的能力，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了相關(guān)結(jié)論。
　　5.分析了城市軌道交通永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)電流傳感器的故障情況，提出了相電流傳感器故障情況下的容錯(cuò)控制策略，通過(guò)“最小電流偏差絕對(duì)值法”實(shí)現(xiàn)相電流重構(gòu)，設(shè)計(jì)了容錯(cuò)型電流滯環(huán)控制器，增強(qiáng)了城市軌道交通永磁電機(jī)牽引系統(tǒng)應(yīng)對(duì)電流傳感器故障的能力，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了相關(guān)結(jié)論。
　　6.提出了升壓型能量管理策略，通過(guò)有限升壓的方法減小了永磁電機(jī)弱磁運(yùn)行范圍，