MATLAB高速动车组牵引变流器的分析与仿真(3)
无论是国外交流传动电力机车、电动车组的引进消化吸收再创新，还是国内交流传动电力机车、电动车组的自我研制生产，都需要对大功率交流传动系统及其部件进行比较全面和深入的研究。了解系统与部件、部件与部件的相互关系、匹配条件、优化准则，以确定设计及制造的基本要求。为此，需要对交流传动系统及其部件（包括变流器、异三步牵引电机、变流器控制系统等）进行仿真和试验研究，对于消化吸收国外先进的交流传动技术，以及为引进交流传动电动车组和电力机车的试验、文护及国产车的研发、试验、文护具有积极的意义。因此具有良好的经济和社会效益。
1.2 交流传动技术的发展
近几年来，科学技术的迅速发展为交流调速技术的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。交流电动机的调速系统不但性能同直流电动机的性能一样，而且成本和文护费用比直流电动机系统更低，可靠性更高。现在，随着现代电力电子技术、交流变频调速技术的飞速发展和现代控制理论、高速微处理器的普及应用，交流调速传动系统的应用越来越广泛。其中，电力电子技术的进步是交流调速技术发展的物质基础，控制策略的进步是其理论基础，控制元件的进步是其技术保证。
1.2.1 电力电子器件的发展
电力电子器件是现代交流调速装置的支柱，其发展直接决定和影响交流调速技术的发展。20世纪80年代中期以前，变频装置功率回路主要采用晶闸管元件。装置的效率、可靠性、成本和体积均无法与同容量的直流调速装置相比。20世纪80年代中期以后用第二代电力电子器件GTR, GTO, IGBT等创造的变频装置在性能与价格比上可以与直流调速装置相媲美。随着向大电流、高电压、高频化、集成化、模块化方向继续发展，第三代电力电子器件是20世纪90年代制造变频器的主流产品，中小功率的变频调速装置主要是采用IGBT，中大功率的变频调速装置采用GTO器件。20世纪90年代至今，电力电子器件的发展进入了第四代，主要使用的第四代器件为：高压IGBT, IGCT, IEGT和SGCT。
第一代机车采用快速晶闸管，变流机组复杂、效率较低、可靠性和可文修性等均不理想。随着大功率GTO器件的诞生，上世纪80年代中后期被迅速应用于大功率交流传动机车动车，技术性能又有新的提高。进入上世纪90年代，中高压IGBT相继问世，器件品质进一步提高，变流机组又开始更新换代。
1.2.2 电力牵引传动控制策略的发展
异步牵引电动机控制方法经历了转差-电流控制、磁场定向控制和直接转矩控制3个发展过程，其间又派生了许多发展分支。早期的转差-电流控制方法基于异步电动机的稳态数学模型，其动态性能远不能与直流调速系统相媲美；70年代推出了磁场定向控制理论，它基于直流调速系统的控制思想对异步电动机进行矢量解耦，实现磁链、转矩独立调节，达到了与直流调速系统同样的动态响应性能；最新的直接转矩控制基于定子磁场定向，数学模型简单，有更优良的动、静态性能，其优势越来越明显。
1.2.3 控制元件的发展
在过去的几十年里，单片机的广泛应用实现了简单的智能控制功能。单片机作为控制元件的控制系统虽然目前仍然占据着电机控制系统的主导地位，然而随着对控制要求的不断提高和新的控制策略的产生，单片机作为控制元件也显得越来越力不从心。
数字信号处理器芯片DSP的产生，在很大程度上弥补了单片机作为控制核心所表现出来的不足。随着DSP技术的发展和控制要求的提高，越来越多的工业控制产品的设计采用了DSP芯片。DSP是一种高速专用微处理器，它既具有传统微处理器自成系统的特点，又具有优于通用微处理器对数字信号处理的运算能力。目前，多家公司都推出了专门用于电机控制的DSP。这一高度集成化的器件代表了传统微处理器及通用DSP处理器方案的重大突破，使电动机驱动及调速控制更为简单易行。此类专用芯片具有很强的实时运算能力，并集成了电动机控制所需的外围接口，使设计者只需外加较少的硬件即可实现电动机控制系统，从而降低系统费用，提高了性价比。DSP芯片己经在交流电机传动系统中越来越多地展示出其卓越的性能。
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