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高速列车用感应电机弱磁控制方法的研究

马华  
【摘要】: 随着列车高速化的要求,大范围调速系统正变得越来越重要。基于矢量控制的变压变频调速在高速列车中得到广泛应用。在这种系统中,要调节电动机转速,须同时调节定子电压和频率。但当频率上升到基频后,定子电压受到变频器最大输出电压的限制而不能进一步提高。减弱电动机磁场使电机转速升高的方法—弱磁控制,可以使电动机运行在额定转速以上,从而满足高速列车的宽调速范围运行。 在弱磁区,转矩能力随着频率的增加而减小,电机转矩输出能力很大程度上取决于弱磁控制策略。传统弱磁控制方法使得转子磁链与转速成反比变化,这种控制方法要求定子电压的幅值和相位均可控,由于电压幅值的限定,电机转矩能力不能充分发挥,电机将不能产生满足机械特性要求的转矩。本文正是针对传统弱磁控制中存在的问题,通过对电机在弱磁区运行状态的研究,采用有效的转矩优化策略,从而提高弱磁区电机转矩的输出能力。 本文以交流感应电机的数学模型为基础,详细分析了电机在电压和电流限制条件下的全速度范围运行状态,针对电机在不同区域的运行特征,讨论了基于磁链补偿控制和相位控制的两种改进的弱磁方法,磁链补偿控制通过改变弱磁曲线的形式来协调d、q轴电流的分配以充分发挥电机的转矩输出能力;而相位补偿控制通过改变定子电流的相位来协调d、q轴电流的分配。 论文在Matlab/Simulink环境下搭建了基于CRH2A型动车组的磁场定向矢量控制模型,采用CRH2A的电机参数和牵引特性曲线对传统弱磁控制策略和改进的两种弱磁控制策略进行仿真验证。最后,基于7.5kW小电机牵引传动实验平台,运用缩放理论得到和CRH2A型动车组相对应的牵引转矩曲线,采用磁链补偿控制策略进行了实验。实验和仿真结果表明,文章所讨论的方法有效的提高了弱磁区电机输出转矩,所得结果验证了理论分析的正确性。


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