城軌牽引內(nèi)置式永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率優(yōu)化控制方法研究.pdf

1、城軌交通具有客運(yùn)周轉(zhuǎn)量大、安全可靠、受干擾少等其他城市客運(yùn)交通無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)緩解城市交通壓力的作用越來(lái)越受到重視。電力牽引具有功率大、速度快、效率高、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)成為城軌交通牽引動(dòng)力的發(fā)展方向。內(nèi)置式永磁同步電機(jī)以其體積小、低速輸出轉(zhuǎn)矩大、磁路氣隙小等優(yōu)點(diǎn)，可利用其磁阻效應(yīng)來(lái)提高電機(jī)效率和改善調(diào)速特性，特別適宜用作城軌交通的牽引電機(jī)。城軌電力牽引系統(tǒng)運(yùn)行能耗問(wèn)題引起廣泛關(guān)注，牽引系統(tǒng)節(jié)能控制成為城軌牽引系統(tǒng)研究的一個(gè)重要方

2、向。論文以城軌牽引內(nèi)置式永磁同步電機(jī)(interior permanent magnet synchronous motor，IPMSM)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，結(jié)合城軌交通運(yùn)行特性，重點(diǎn)研究?jī)?nèi)置式永磁同步電機(jī)效率優(yōu)化及其控制策略的相關(guān)理論和方法，為城軌牽引內(nèi)置式永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能降耗應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)。
　　 首先分析內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理，推導(dǎo)其在不同坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，得到相應(yīng)的等效電路。在分析空間矢量脈

3、寬調(diào)制(Space Vector PWM，SVPWM)電壓型逆變器的工作特點(diǎn)和SVPWM輸出波形諧波成分的基礎(chǔ)上，提出了IPMSM直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化方法，根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)載自適應(yīng)控制滯環(huán)寬度值，采用零電壓矢量?jī)?yōu)化分配策略，抑制逆變器輸出電壓電流諧波，減少由諧波引起的鐵芯損耗和銅損，提高系統(tǒng)的效率，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。
　　 針對(duì)城軌牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在加速區(qū)和制動(dòng)區(qū)暫態(tài)運(yùn)行過(guò)程的效率優(yōu)化問(wèn)題，結(jié)合城軌牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)

4、和電機(jī)狀態(tài)方程，提出了最優(yōu)磁鏈/速度控制策略和效率優(yōu)化瞬時(shí)功率控制策略。最優(yōu)磁鏈/速度控制策略在充分發(fā)揮永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出能力的同時(shí)，控制定子磁鏈和電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)損耗最小運(yùn)行，提高電機(jī)的運(yùn)行效率。瞬時(shí)功率控制策略是根據(jù)三相電路瞬時(shí)功率理論，通過(guò)控制電機(jī)瞬時(shí)輸入有功和無(wú)功功率，控制電機(jī)定子磁場(chǎng)幅值和位置角度，提高系統(tǒng)的效率以及轉(zhuǎn)矩輸出能力和響應(yīng)速度。
　　 將城軌牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)恒速(巡航)運(yùn)行效率優(yōu)化控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化

5、為電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行效率優(yōu)化控制問(wèn)題。分析了各種損耗與勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，建立了IPMSM的損耗模型，提出了一種電磁損耗最小的勵(lì)磁電流控制方法，實(shí)現(xiàn)最小損耗電流和最大輸出轉(zhuǎn)矩控制，提高電機(jī)運(yùn)行效率和改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。
　　 基于損耗模型的IPMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率優(yōu)化控制方法對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴大，實(shí)現(xiàn)困難大。研究了黃金分割法和模糊尋優(yōu)法結(jié)合的搜索技術(shù)，提出了城軌牽引IPMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基于集成搜索技術(shù)的效率優(yōu)化控制方法。仿真結(jié)果表明：該方法可