电力机车用大功率交流传动系统的优化设计.pdf

中南大学
硕士学位论文
电力机车用大功率交流传动系统的优化设计
姓名:张大勇
申请学位级别:硕士
专业:交通信息工程及控制
指导教师:桂卫华
20070501
摘要交流传动系统经过西方发达国家年的研发、考核、技术更新,已完成了机车车辆直流传动向交流传动的产业转换。⑿赂上摺已经成为铁路现代化和国家综合实力的重要标志。交流传动成为铁路实现高速和重载的唯一选择和发展方向。与国外相比,受起步较晚、基础工业技术落后、关键零部件的市场化采购受到知识产权保护等因素的限制,我国交流传动系统尚未构成标准化、系列化、完整的产品平台。在系统的稳定性、可靠性考核方面尚显不足,难以很好地满足实现技术跨越和现代化战略的迫切需求。因此对我国电力机车大功率交流传动系统进行优化设计显得尤为重要。论文介绍了交流传动电力机车的主电路结构、变流器组成及其控制方法。借助先进、可靠的仿真技术,建立了电力机车交流传动系统的半实物仿真平台,其中包括网侧变流器和中间回路的建模以及逆变器和异步电机牵引系统的建模,完成主电路刂被控对象的三方联合实时仿真,形成了标准的系统设计平台,提升了关键部件开发和系统研究与集成的能力。同时利用该半实物仿真平台,缘缌到涣鞔ǘ刂撇略进行了优化设计,将传统的六边形磁链轨迹直接转矩控制改进成为十八边形磁链轨迹,并在半实物仿真平台上进行了仿真实验,仿真实验结果表明,十八边形磁链轨迹的直接转矩控制方法改善了电流波形,对系统影响较大的魏次谐波分量大大减少,并且通过调整折角系数的大小,能够有针对性的减少某次谐波,该方法既保证了直接转矩控制技术的特点,又有效的解决六脉冲开关模式控制方法的谐波含量高的问题,减少了对电网和系统的干扰,从而提升了我国大功率交流传动电力机车的性能。论文最后介绍了快速控制原型虺技术的概念与发展现状,给出了电力机车交流传动系统的快速控制原型仿真系统的一种实现,并对基于快速控制原型系统的电力机车交流传动系统优化设计进行了探讨。关键词电力机车,交流传动,半实物仿真,直接转矩控制,快速控制原型。
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⋯轹哆⋯彳嗍斗』出日期:盐丑年』月坐日原创性声明关于学位论文使用授权说明论文的全部或部分内容,可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。作者签名:本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位文;学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。
第一章绪论电力机车技术的发展年,世界上出现第一台电力机车,好像今天儿童乐园的电动玩具,司机是骑在车项上驾驶的。年世界上出现了第一台城市电车,这些车都是直流供电的。对于干线铁路来说,直流供电还有重大的技术问题未获解决,所以对于第一条电气化铁路,人们选择的是交流传动电力机车。世纪下半叶,自动控制理论和电力电子器件的不断更新和迅猛发展,为采用交流电机驱动提供了重要的物质基础。通过大功率交频变压变流器实现了交流驱动的优良调速性能,交流电机驱动装置的优越性由此得到完整体现,从而使交流驱动技术为核心的交流传动机车——交直交传动机车得到了充分的发展,目前世界上的电力牵引动力已转向以交流传动为主体。世纪年代,交流传动电力机车以法国暗鹿鶥型的优越性能为起点,开始在全球广泛应用。年代以来,发达国家新造的高速机车、重载机车及客货通用机车已经全部被交流传动机车所占领。我国电力机车发展自年代末研制成功第ǜ上叩缌狄岳矗鹤吖年的发展历程。直到年代前期,我国生产和使用的电力机车均为采用交直传动技电流互感器、主变压器原边绕组接地。主变压器次边绕组接整流电路,整流输出向直流牵引电机供电。以晶闸管代替功率二极管后,电力机车进入了无级调压领域。虽然无级调压技术使机车牵引控制性能得到了显著改进。但交直机车的难题仍然存在,如脉流牵引电动机的最大功率限制、制造和维护困难、机车输入端功率因数低、谐波大等。面对上述问题派生了各种相控机车技术,如多段桥控制、扇形控制、功率因数补偿控制、他励电机控制等。这期间开始出现强迫关断技术。随着功率可控器件的应用,电力机车电子控制系统也相应发展起来,由分立模拟、集成模拟、数字控制发展到微机控制,逐渐完善了功率器件的控制和保护等功能。我国韶山各型机车就属于这个范随着电力电子技术的发展,利用脉宽调制际酰β拾氲继灞淞髌魍过控制系统的作用可实现变压变频和能量双向流动的性