单逆变器多电机柔性驱动控制方法的设计(2)
3.3 转子磁链开环控制系统 21
3.4 矢量控制仿真 22
4 多感应电机的控制 26
4.1 单逆变器控制并联双感应电机 26
4.2 多感应电机并联运行中出现的问题 26
4.2.1 机车轮对的轮径不一致对系统的影响 27
4.2.2 电机参数不一致对系统的影响 28
4.3 并联双电机系统仿真 29
5 总结与展望 34
5.1 结论 34
5.2 展望 35
致谢 36
参考文献 3
1. 绪论
1.1引言
自世界上第一条铁路诞生以来，作为载运工具的牵引动力机车已经经历了蒸汽机车、内燃机车、电力机车3个发展阶段。电力机车具有功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、文修量少、整备作业时间短、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量等优点[2]。
随着晶闸管整流器的发明及其应用，标志着电力机车实用化的开始。全球进入了交直传动电力机车的时代。直流电机具有良好的负载特性、启动转矩大、过载能力强，多机并联易于控制，但是其文护成本高，换向电刷容易产生火花，在易燃易爆的环境下，十分危险。
而变频技术的发展和成熟，使得感应电机的控制性能可以与直流电机媲美，另外感应电机的优点包括结构简单、价格便宜、文护成本较低、过载能力强等。近些年来，交流传动电力机车开始替代过去的交直传动电力机车。
1.2感应电机控制策略的发展
感应电机是一种多变量、强耦合、非线性的系统，传统的电压与频率之比恒定的控制策略是基于电机的稳态模型来分析电机的转矩与磁通的稳态关系和机械特性，其动态性能并不理想。在20世纪70年代初，德国学者在前人提出的坐标变换基础上提出了感应电机矢量变换方法,该方法的基本思想是，将感应电机的定转子绕组分别经过坐标变换后等效成两相正交的绕组，并从转子磁场的角度观测实现了感应电机电气变量的解耦控制[3]。新的控制方法如直接转矩控制、空间矢量调制技术和定子磁场定向控制等在20世纪80年代中期陆续被提出，很好地解决了矢量变换控制系统的复杂性和控制精度问题。
具有代表性的感应电机控制策略有：
（1） 矢量变换控制系统
矢量变换控制也被称为磁场定向控制。矢量变换控制，就是经过一系列矢量变换（对电压、电流、磁链等物理量），将感应电机动态数学模型进行坐标变换后等效至正交的旋转坐标系统中，并对各物理量的幅值和相位实现解耦控制。在1971年德国学者F.Blascheke提出的矢量变换控制方法中，通过矢量变换和磁场定向，将定子电流的转矩分量与励磁分量解耦控制，然后等效成直流电机进行控制，从而获得优良的稳态、静态性能。这个控制方法也被称为转子磁场定向控制。转子电压方程构成的磁通观察器能很好的观测转子磁链的幅值和位置实现反馈控制，从而达到使转子磁链恒定的目的。然而环境温度能较大影响转子电阻阻值，从而影响系统的控制性能。目前有许多方法能识别转子参数，从而实现实时补偿，提高系统动态性能的目的。除了基于转子磁场定向的转子磁场定向控制，还有基于气隙磁场和定子磁场定向的气隙磁场定向控制和定子磁场定向控制[3]。
（2） 转差频率矢量控制系统
感应电机的本身结构决定了其在运行过程中存在转差率，而转差率的大小决定了感应电机的机械性能，转差率越大电机的效率越低，因此只要控制感应电机的转差率就能控制电机工作在高效率的状态[3]。转差频率矢量控制系统是简化传统矢量控制系统后得到的，由于转子磁链是一个惯性环节，通常将其默认为一个恒定的值，从而忽略转子磁链幅值的动态变化，可以直接确定定子电流的直轴分量，而电磁转矩表达式可以确定交轴分量。因为当转差率很小时，电磁转矩与转差率成正比关系。类似他励直流电机的控制性能使得这类调速系统广泛应用于节能型风机、泵类负载。