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电力机车用大功率交流传动系统的优化设计

张大勇  
【摘要】: 交流传动系统经过西方发达国家30年的研发、考核、技术更新,已完成了机车车辆直流传动向交流传动的产业转换。TGV、新干线、ICE已经成为铁路现代化和国家综合实力的重要标志。交流传动成为铁路实现高速和重载的唯一选择和发展方向。与国外相比,受起步较晚、基础工业技术落后、关键零部件的市场化采购受到知识产权保护等因素的限制,我国交流传动系统尚未构成标准化、系列化、完整的产品平台。在系统的稳定性、可靠性考核方面尚显不足,难以很好地满足实现技术跨越和现代化战略的迫切需求。因此对我国电力机车大功率交流传动系统进行优化设计显得尤为重要。 论文介绍了交流传动电力机车的主电路结构、变流器组成及其控制方法。借助先进、可靠的仿真技术,建立了电力机车交流传动系统的半实物仿真平台,其中包括网侧变流器和中间回路的建模以及逆变器和异步电机牵引系统的建模,完成主电路+控制+被控对象的三方联合实时仿真,形成了标准的系统设计平台,提升了关键部件开发和系统研究与集成的能力。同时利用该半实物仿真平台,对电力机车交流传动控制策略进行了优化设计,将传统的六边形磁链轨迹直接转矩控制改进成为十八边形磁链轨迹,并在半实物仿真平台上进行了仿真实验,仿真实验结果表明,十八边形磁链轨迹的直接转矩控制方法改善了电流波形,对系统影响较大的5次和7次谐波分量大大减少,并且通过调整折角系数的大小,能够有针对性的减少某次谐波,该方法既保证了直接转矩控制技术的特点,又有效的解决六脉冲开关模式控制方法的谐波含量高的问题,减少了对电网和系统的干扰,从而提升了我国大功率交流传动电力机车的性能。 论文最后介绍了快速控制原型(Rapid Control Prototyping,简称RCP)技术的概念与发展现状,给出了电力机车交流传动系统的快速控制原型仿真系统的一种实现,并对基于快速控制原型系统的电力机车交流传动系统优化设计进行了探讨。


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