三电平PWM整流器控制策略与技术实现

建立带有LCL(Inductance Capacitance Inductance 电感电容电感)滤波器的PWM(Pulse Width Modulation脉冲宽度调制)整流器的数学模型,构造电压电流双闭环的控制方式,并采用SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation空间矢量脉冲宽度调制)产生脉冲信号驱动NPC(Neutral Point Clamped中性点箝位型)型三电平整流器的功率开关。仿真与试验结果均表明,该控制策略在有效控制网侧电流谐波的同时,实现接触网与交流电网能量的双向流动。

轨道交通辅助电源谐振软开关变换器优化设计

针对国内轨道交通120 kW辅助电源系统输入DC 1 000~2 000 V,输出DC 700 V的实际应用需求,相比于传统的半桥零电流隔离型DC/DC拓扑结构,此设计采用基于1 700 V IGBT的双机Boost和LLC两级串入并出(ISOP)的主电路拓扑结构。单机Boost升压电路调节输入电压至恒定直流母线电压。LLC电路工作于固定谐振频率点作为直流隔离变压器(DCX),获得全功率范围最优的软开关性能和最小电力半导体器件应力,进一步给出详细的闭环控制系统的设计参数。最后实验验证了此设计方案的正确性。

复矢量电流调节器在牵引永磁同步电机中的应用

在牵引电传动系统中,由于高电压、大电流的特点,同时受到开关损耗和散热等条件限制,逆变器的最高开关频率通常较低,只有几百赫兹。在这种情况下,永磁同步电机控制系统中的电流控制性能较差。为此,在复矢量法分析的基础上建立了包含延时影响的离散数学模型(脉冲传递函数),并采用最少拍系统设计方法确定电流调节器,针对数学模型在低速启动时不准确的问题,提出了补偿方案。通过仿真和现场试验结果证明,采用所提电流调节器在低速大电流启动和高速运行时,反馈电流都能很好跟随给定电流,电磁转矩也能完全跟随给定转矩;并且在加、减挡位时,电流和电压具有较好的稳态性能和动态性能。

一种地铁辅助电源系统中传导骚扰的抑制方法

针对某地铁车辆的速度传感器因受到辅助电源系统电源输入端产生的传导骚扰而产生的故障,详细分析了干扰源与传导路径。根据批量产品最小改动的原则,最终选择使用安规电容进行传导骚扰抑制,并详细介绍了安规电容的选型方法。通过现场测试,证明所选电容可以有效抑制电源线的传导骚扰,速度传感器恢复正常工作。

ETB在列车网络控制系统中的应用研究

针对列车网络控制系统中以太列车骨干网络的传输及网络协议特性,文章给出了ETB构成及编组拓扑,从底层初始化、列车拓扑发现协议初始化、协议管理和软件初始化4个方面介绍,模拟了ETB网络的具体流程,实现了ETB网络节点的自动编组。

轨道交通高频充电机应用研究

设计了一种轨道交通用的高频充电机,该充电机采用基于移相控制的全桥零电压开关(zvS)变换器的拓扑结构。对该充电机主要参数进行计算和系统建模,仿真结果满足系统要求。主控芯片采用TMS320F28335,算法采用带有电流前馈的比例积分(PI)控制方式,并设计了针对蓄电池负载的充电逻辑,样机试验结果满足系统要求。

拍频抑制算法在200 km/h动车组中的应用

在动车牵引系统中,由于采用单相四象限整流器,会在中间直流电压中产生频率为100 Hz的二次脉动谐波分量,由此引发逆变器拍频现象,从而影响牵引系统的稳定性。为此,在分析了拍频现象产生机制及对电流影响的基础上,提出基于角速度补偿的拍频抑制算法和调制度修正方法,然后将其应用于牵引异步电机的控制系统中。通过Simulink仿真及试验进行验证,结果表明,基于角速度补偿的拍频抑制算法和调制度修正方法应用在牵引异步电机控制系统中具有较好的性能,定子频率为100 Hz附近的低频谐波含量明显降低,低频振荡得到有效抑制,拍频电流较小。

离散电流控制在地铁永磁牵引系统中的应用

在地铁永磁牵引系统中,输出电压较高、电流较大,开关损耗和散热等条件受到限制,牵引逆变器的最高开关频率通常只有几百赫兹,而地铁永磁同步电机(PMSM)的调速范围较宽,输出频率可达300 Hz,载波比的变化范围较大。在这种情况下,常规电流比例积分(PI)控制器性能较差,难以满足系统要求。为此,根据复矢量分析方法,建立了包含延时影响的离散数学模型,在此基础上,设计离散电流控制器。通过仿真及在西安地铁2号线装车进行试验,试验结果表明基于复矢量的离散电流控制器在地铁PMSM运行过程中具有较好的动态及稳态性能,转矩(励磁)反馈电流均能较好地跟随转矩(励磁)给定电流,并且在牵引、制动过程中,电压和电流稳定变化,无明显振荡。

最少拍电流控制在海口动车牵引系统中的应用

在动车牵引系统中,逆变器输入电压较高(1800 V),为了降低功率模块开关损耗和减少散热,牵引逆变器的开关频率通常较低,只有几百赫兹,而动车牵引异步电机的调速范围较宽,输出频率可达200 Hz,转速较高时的载波比较低。在这种情况下,由于每个电周期内的电流调节次数减少,常规电流PI控制器性能变差,无法达到系统要求。为此,将异步电机电压、电流等方程进行复矢量处理,建立了包含延时影响的离散数学模型,在此基础上,设计无差拍电流控制器。通过Simulink仿真及在海口动车线装车进行试验,试验结果表明基于复矢量的最少拍电流控制器在动车牵引异步电机运行过程中具有较好的动态及稳态性能,转矩/励磁反馈电流均能较好地跟随转矩/励磁给定电流。并且在牵引/制动过程中,电压和电流变化平稳,无明显振荡。

基于Newton-Raphson迭代的永磁同步电机MTPA控制算法设计

针对牵引永磁同步电机的最大转矩电流比(MTPA)的控制原理,提出一种基于Newton-Raphson迭代公式的MTPA控制算法,根据转矩指令实时计算最优的d、q轴电流参考值,充分利用了电机的磁阻转矩,以最小的电流输出最大的转矩。Newton-Raphson的迭代次数为10次,最终将迭代误差降到0.01 A以下,对处理器的负担较小。通过MATLAB/Simulink仿真及在中车大连电力牵引研发中心有限公司试验中心进行试验,证明了该MTPA算法的可靠性与有效性,并在系列化标准地铁永磁牵引系统中得以应用。

地铁直流母线电压振荡现象及其抑制策略

由于牵引逆变器呈现负阻抗特性,当地铁车辆牵引功率加大时,系统的阻尼特性变差,此时任何小的激励源都可能引起直流侧母线电压的剧烈振荡。针对这一问题,首先建立了地铁永磁牵引系统在额定工作点处的小信号等效电路模型,研究主电路参数与系统稳定性之间的关系。然后在转子磁场定向的矢量控制基础上增加了基于转矩电流补偿的直流侧母线电压振荡抑制策略。最后经过仿真和现场试验验证可得,该策略对直流侧母线电压振荡有较好的抑制效果。

地铁列车模块化再生制动储能变流器的研发

主要介绍了地铁列车再生制动储能系统的工作原理,给出了一种基于模块化设计思路的储能变流器结构设计方案;通过建立变流器柜的三维结构仿真模型,对柜内散热系统进行了热场分析;然后通过柜内温升试验及风速测试验证了变流器散热系统结构的合理性,结果表明再生制动储能变流器满足了产品的设计要求,并解决了变流器柜内散热效果不好的问题,在体积、功率等方面也具有较大的优势。

城际动车组四象限整流器控制策略研究与应用

在分析城际动车组单相四象限整流器拓扑结构的基础上,得到单相四象限整流器的数学模型,并采用电压外环和电流内环的控制策略,分别以直流侧给定电压、网侧给定电流为控制对象,实现直流侧电压和网侧电流的无差、准确控制。通过Simulink仿真及试验验证了该控制策略。试验结果表明:从预充电过程过渡到脉冲整流过程中,直流侧电压超调量较小。牵引/制动工况下,网侧电压和网侧电流相位相差0°/180°、波形正弦性好,直流侧电压稳定,波动较小。

一种储能电抗器柜强迫风冷仿真及试验验证

以某储能电抗器柜为研究对象,针对柜体内四个电抗器模块采用串并联风道、顶部抽风的冷却方式进行冷却,并使用ICEPAK进行仿真分析。获得了柜体内的流场、温度场并进行了试验验证,揭示了该种结构下工作时流体的分布及规律。研究表明:该种串并联风道通过优化结构设计,并结合电抗器模块的独特散热方式,不仅能满足电抗器的散热需求,还能实现不同高度处的冷却效果相近,解决了柜体有限空间内散热效果不好的难题,在体积、功率等方面均具有较大的优势。

具有散热结构的地铁列车再生制动能馈变流器结构设计

介绍了地铁列车再生制动能馈系统的工作原理,给出了一种基于模块化设计思路的能馈变流器结构设计方案。通过建立变流器柜的三维结构仿真模型,对柜内散热系统进行了热场分析;通过柜内温升试验及风速测试,验证了变流器散热系统结构的合理性。试验及测试结果表明,再生制动能馈变流器体积小、重量轻,不仅满足了产品的设计要求,还解决了变流器柜内散热效果不好的问题。

地铁车辆用电容储能装置的研制

主要介绍了地铁车辆用电容储能系统的工作原理,给出了一种基于模块化设计原则的电容储能装置结构设计方案,通过建立储能装置的三维结构仿真模型,对其散热结构进行了热场仿真分析,通过温升试验、风速测试等验证了散热结构的合理性。试验结果表明电容储能装置满足产品的设计要求,解决了装置内散热效果不好的问题,且在体积、功率等方面具有较大的优势。

某城市地铁车辆蓄电池充电机的结构设计

介绍了某城市地铁车辆用蓄电池充电机结构的开发过程,根据主电路原理提出了一种集成度高、维修性好、可靠性高的大功率蓄电池充电机结构设计方案,解决了蓄电池充电机采用自然冷却方式散热困难的问题。建立了蓄电池充电机的仿真模型,采用有限元方法对结构强度和散热进行了仿真分析,通过试验验证该结构满足产品的设计要求。