基于电力机车牵引电机在全速度范围的控制策略研究

摘要：众所周知，电力机车中牵引电机的控制性能一直以来都是电力机车最为核心技术的部分，它的优劣直接关系着电力机车的平稳运行。本文主要以电力机车为着力点，对电力机车电牵引传动系统以及电力机车牵引电机在全速度范围的控制策略进行简要的分析。

关键词：电力机车;牵引电机;矢量控制;策略

我们知道，轨道牵引动力机车作为一种运载工具大致经历了三个发展阶段，分别是蒸汽机车阶段、内燃机车阶段以及电力机车阶段。说到电力机车，相较于之前的蒸汽机车与内燃机车来说，由于具有功率大，过载能力强、速度快、牵引力大、运营费用低等优势，更是成为现在运输工具中的主流，为人们所青睐。然而，相较于世界上的发达国家来说，我国电力机车的发展就显得不那么成熟，仍然处于电力机车发展刚起步的阶段，在电力机车牵引方式上，我国大多使用的是直流牵引，而国外在很早之前就已经开始大量使用交流传动。当然，为了缓解与发达国家技术上的这些差距，我们的科研工作人员在正走在努力研究电力机车的道路上。那么下面，我们就电力机车来进行简要的叙述。

1.关于电力机车以及电力机车电牵引传动系统的简述

1.1对于电力机车的简要叙述

一般情况下，电力机车的运行性能与整个铁路能否平稳运输是息息相关的，因为不管是对于高速铁路，城市轨道交通还是重载铁路来说，最终完成乘客运输或者货物运输的载体仍然是电力机车，可以说电力机车在我国的交通运输体系中扮演的角色越来与重要。

说到电力机车，顾名思义就是指用牵引电动机来驱动车轮的机车，依靠外界的电力作为能源驱动，电源主要包括架空电缆、第三轨、电池等，是一种非自带能源的机车。使用电力机车牵引车列，对于列车运行速度与承载重量的提高，作用是至关重要的，不仅如此，由于电力机车的启动加速非常快，且有很强的的爬坡能力，工作不受天气影响，运行时无污染，所以说对于整个铁路运输质量与通过能力的提高都起着不容小觑的影响力。

1.2简要分析电力机车电牵引传动系统

在交通运输的过程中，车辆牵引的电气传动部分是依靠电动机驱动来满足的，也就是我们所说的电牵引传动系统。它是将牵引电机作为控制的对象，进而去调节电机的牵引力和速度，以适应车辆牵引与制定特性的最终要求。随着现在经济水平的提高，电力电子器件、牵引电机等硬件的发展，牵引传动系统的控制性能也随之得到了一定的提高，在技术上的应用也越来越广泛，譬如磁悬浮列车就是采用的电牵引传动系统。

1.3关于电力牵引传动系统中牵引电机控制策略的浅要分析

要想完成电力机车的所有运输过程，最重要的就是要通过对牵引电机的调速过程，故而机车整体的运行性能是受到牵引电机控制性能好坏影响的。我们说到牵引电机的控制策略，可以分为电机稳态模型控制策略，矢量控制技术以及直接转矩控制这三个方面。在这里我们不进行深入的描述，只简单的了解就可以了。

2.电力机车牵引电机在全速度范围的控制策略

2.1浅析电力机车牵引电机在进入方波弱磁区之前的矢量控制策略

我们可以意识到的是，牵引传动系统对于整个电力机车来说，是进行其全部系统控制的核心，控制性能的优劣直接影响着电机机车运行的平稳性与安全性。那么谈到牵引电机，我们不得不说一下矢量控制，它是在牵引电机中应用最广泛最普遍的一种高性能的控制策略，就例如现在我国的动车组多数就是采用矢量控制这种策略。

我们说到对于矢量控制的研究，在现有条件下都是围绕三个方面进行展开研究的。分别是要求转子磁链的实际数值与指令数值相等;定向角度务必精确（即同步旋转坐标系中的d轴角度与转子磁链矢量的角度要求相等）;电机实际电流对指令电流的跟踪做到快速且无静差。

2.2浅析电力机车在方波工况下的控制策略

在对于电力机车牵引电机在方波工况下的控制策略研究时，我们要注意以下几个方面。

2.2.1电机在方波工况下运行时，经常会出现逆变器输出电压过大而导致电流控制器失效的状况，针对这种现象，我们可以从电流开环控制入手，进行矢量控制方案的改进，取消电流控制器，使得电压指令可以直接由电机在旋转坐标下的稳态方程计算得到，从而确保在方波下对电机进行控制能够继续通过矢量控制得到。

2.2.2一般电机进入弱磁区，就意味着电机在运行于方波时电压达到了最大数值，此时就可以通过对电机电压进行自动调节去实现弱磁，实现方波下的最大转矩控制。

2.2.3可以在方波下通过改进矢量控制实现磁场的定向矫正。

2.3浅析电力机车在全速度范围内的调制策略

一般情况下，在电力机车牵引传动系统等一些大功率的场合，最高开关由于受到散热条件的限制等情况的影响，频率比较低。在低载波比的情况下，传统的规则采样调制就显示出了一定的不适应性，这就需要在对从平滑过渡到方波的过程中采取特殊的同步调制方式。

3.结束语

通过前面的叙述，我们可以看到电力机车牵引传动系统的控制性能对于整个电力机车的平稳安全运行来说是至关重要的。然而到目前为止，我国在电力机车牵引传动系统的控制性能、安全性能方面较国外的一些国家来说还有一定的欠缺。为了缩短与发达国家电力机车水平之间的差距，使电力机车的发展与经济水平的发展相适应，这就给我们科研工作者们在对于电力机车牵引传动系统的控制性能上提出了一定的要求，要努力进行科学研究与实践，学习国外先进技术，取其精华、扬长避短，完善我国电力机车技术，促使我国的交通运输可以跨上一个新的历程。

参考文献：

[1]韦克康，周明磊，郑琼林，王琛琛.基于复矢量的异步电机电流环数字控制[J].电工技术学报.2011（06）.

[2]陈伟，于泳，徐殿国，徐壮.基于自适应补偿的异步电机静止参数辨识方法[J].中国电机工程学报.2012（06）.

作者简介：崔卫东（1969.4-），男，河南林州人，中国北车集团太原轨道交通装备有限责任公司，高级工程师，本科学历，研究方向为电力机车牵引电机及变压器技术。