MATLAB窄轨矿用牵引电机车控制系统的仿真研究(2)
4.1 按转子磁链定向矢量控制系统仿真 31
结束语 33
致 谢 34
参考文献 35,3764
1 绪论
1.1 课题背景
窄轨牵引用电机车是窄轨轨道运输的一种牵引设备，是广泛用于矿井地面及井下巷道长距离运输和提升的主要动力源。其动力驱动系统的好坏直接影响到牵引机车运行过程中的经济性和可靠性。
窄轨牵引电机车所处的工作环境复杂，窄轨牵引系统具有如下工作特点：频繁的起动、制动、加速、减速；大启动转矩；低速时要求输出转矩大；速度变化范围大；经常出现主轮打滑现象；控制系统及电机均需安装在电机车上，要求体积小、重量轻、便于文修。鉴于以上特点和目前技术发展的需求，高性能的矿用电机车牵引系统应满足如下性能要求：
⑴、电机启动转矩大、过载能力强；
⑵、电机能四象限运行，能够迅速减速、制动；
⑶、系统能适应非线性影响，具有良好的智能性和鲁棒性；
⑷、为了防止主轮打滑，调速系统还应考虑最大转矩限幅的功能；
⑸、控制系统必须满足体积、重量的限制，而且要便于文修。
据资料表明，我国各种工矿牵引机车除部分经过交流化改造外大部分仍然为直流传动电机车，所用的牵引电机大多数为直流电机，直流调速系统控制简单、调速平滑、性能良好，但由于电刷、换向器存在，所以文护工作量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。在国外，直流传动装置的生产基本呈下降趋势，而交流传动装置的生产大幅度上升。以日本为例，上个世纪八十年代中期在调速领域，直流调速约占80%，交流调速约占20%；到上个世纪九十年代中期，交流调速已经占到80%，直流调速仅占20%。到目前为止，日本除了个别的地方还继续采用直流电机驱动以外，几乎所有的调速系统都采用交流变频装置。
过去由于调速问题一直没有得到很好解决，交流电机极少应用在矿用电机车上。但是同直流电机相比，交流电机具有明显的优势：体积小、重量轻、坚固耐用、几乎不需要文护等。伴随着近年来电力电子技术和微电子技术的发展，交流电动机的调速问题已经获得很好的解决，交流电动机调速系统不但性能同直流电动机调速系统性能相媲美，而且成本和文护费用比直流电动机系统更低，可靠性更高。
1.2 交流调速系统的发展
20世纪60年代以后，由于生产发展的需要和节省电能的要求，促使实际各国重视交流调速技术的研究和开发。
20世纪70年代后，由于科学技术的迅速发展为交流调速的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。
在工业发展的初级阶段，作为动力的交流电动机是无须调速的。它的调速是由外界的皮带和齿轮传动来实现的。随着工业发展的进一步提高，尤其是电子方面的发展和起重运输机械的发展，对电动机提出了调速的要求，进而出现了直流电机。取代了简单可靠的交流电动机，并得到了广泛的使用。
80年代以来，在各个工业发达国家已经开始使用交流调速系统，并取代直流调速系统。这主要是因为电力电子器件、脉宽调制技术、矢量控制技术特别是以微处理机为核心的全数字化控制等关键技术的发展，才使得结构简单、造价低廉的交流电机调速系统得以取代结构复杂、文修不便的直流调速系统。
交流调速系统的发展大致沿以下两个方面：
1.2.1 电力电子器件
1） 整流管
整流管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件。目前主要有普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种类型。电力整流管在改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面发挥着非常重要的作用。目前，人们已通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS、SPEED和SSD等结构的新型高压快恢复整流管。它们的通态压降为IV左右，反向恢复时间为PIN整流管的1/2，反向恢复峰值电流为PIN整流管的1/3。