窄轨牵引电机车控制系统的仿真研究(3)
35%，而由水利发电厂提供电力牵引设备的电能的效率则可以高达60%以上。蒸汽牵引机
车的效率一般仅有7%左右，效率相对较高的内燃牵引机车也只不过 25%左右。此外，电
力牵引也可以由一切大自然能源来发电，比如风能，太阳能等，对环境没有污染，节能且
环保，并有较大的发展空间［3］ 。
如今应用最广泛的电力牵引动力驱动设备主要是直流电动机，直流电动机的励磁绕组
与电枢绕组是可以独立控制的，调速方便而且容易实现，因而在电气传动领域相当长的时
间内一直占有统治地位。直流电机启动、调速和制动都需用电阻进行直接控制，效果却不
尽如人意，而且损耗较大。另外，直流电机存在转向问题，电机中的转向器容易损坏，加
大了文护量，同时降低了收益。同时，转向器的存在使得电机的单机容量和最高转速都遭
受限制。随着技术的革新与发展，直流电机的问题日益突出限制了生产技术的改革，不再
能满足人们需要。
交流异步电机与直流电机相比，可靠性较高，文护也更加方便，交流异步电机是目前
使用最广泛的电机。随着电力电子技术和变频调速技术的不断发展，交流异步电机的调速
控制系统的可靠性愈来愈高而且能够容易地实现平稳启动和无级调速。因为交流变频调速
电动机车采用交流变频调速系统，整个过程为交流控制，易于实现将主牵引电机的电能反
馈到电网，实现再生制动，大幅度地节约了能源。除此之外，交流异步电动机的制造成本
远远低于同效率的直流电动机，使用寿命也比同等直流电动机长。
从能源利用率、运动控制效率、能量损耗、设备文护、可靠性以及变频调速性能等方
面而言，在电力牵引拖动领域，交流电机已经逐渐取代直流电机。研究基于交流异步电动
机具有重要意义。此外，与本项目相关的交流牵引逆变器技术设计电机车交流牵引的高性
能和高可靠性的交流变频调速控制技术，是轨道交通所必须的关键技术，对推动我国高铁
的普及和产业意义重大。 1.1.2 最新发展情况
目前国内电动机车的牵引动力源以直流电机为主。由于直流电动机效率低、能耗大而
且文护不方便，交流调速电机采用的主要是三相异步交流变频牵引电机，交流变频调速方
式调速的节能性与电阻调速相比，可以提升到 30％-50％以上，美国、德国、日本等发达
国家如今都成熟地使用了交流牵引， 早已淘汰了直流电机车， 如今的电力牵引动力的核心
已经是交流传动技术。
我们国家从20世纪 80年代开始研究交流传动技术，经过这几年来的探索和研究，已
经能够生产出少数交流电动机，比如我国研制出第一台 DJJl 交流传动高速动力车。但是
国内的技术还是多数为引进国外的交流变频器控制板组装而成。 变频调速系统的重要组成
部分便是异步电机调速控制，然而国产的变频器多数效仿进口变频装置。目前我国生产电
动机车成本太高而且效率不尽理想，因此国内的电动机还有待进一步发展。
随着电力电子技术和微机监测控制等技术的发展，变频调速技术也发展迅速，而交流
传动的核心技术便是交流变频调速。 最新交流电机变频调速技术可以主要分为矢量控制和
直接转矩控制方法［4］ 。
矢量控制方法的基本思路是讲交流电动机与直流电动机的控制通过数学变化和磁场
定向进行类比，将定子电流分解为彼此解耦的励磁分量和转矩分量。这个方法十分复杂，