基于DTC的牵引传动系统低速域仿真研究

2017-08-16黄兴传董文凯江西省特种设备检验检测研究院九江分院江西九江332000

化工管理 2017年20期

黄兴传董文凯(江西省特种设备检验检测研究院九江分院，江西九江332000)

基于DTC的牵引传动系统低速域仿真研究

黄兴传董文凯(江西省特种设备检验检测研究院九江分院，江西九江332000)

本文基于脉冲整流器的数学模型，对异步牵引电机采用间接定子量控制(Indirect Stator-Quantities Control，ISC)方法，在每个控制周期，根据参考磁链与给定磁链的误差，利用空间电压矢量脉宽调制技术合成对应的指令电压矢量。并在MATLAB仿真平台上对牵引传动系统在低速域时进行了仿真，仿真结果表明本文所述控制策略的有效性和可行性。

间接定子量控制；牵引传动系统；低速域；仿真研究

牵引传动系统控制技术是我国高速动车组国产化进程中的九大关键技术之一，而牵引异步电机是牵引传动系统的重要组成部分，牵引异步电动机常用的控制方式是正六边形磁链控制方式，但存在低速性能较差的缺陷[1-2]，而ISC控制方式在低速域具有转矩脉动小、开关频率恒定等优点。本文对牵引传动系统的低速性能进行了探讨，首先分析了脉冲整流器的工作原理及其数学模型，其次分析了间接定子量控制的基本原理和算法实现，最后，对牵引传动系统进行了仿真研究。仿真结果证明了本文采用的控制策略的有效性和可行性。

1 两电平脉冲整流器工作原理及其数学模型

两电平脉冲整流器主电路图如图1所示。

图1 两电平脉冲整流器主电路图

如图1所示LN和RN分别为牵引绕组漏电感和电阻，开关管T1、T2、T3、T4组成一个全控桥电路，L2和C2组成一个二次滤波器，Cd为中间支撑电容，RL为负载。定义理想开关函数SA和SB,当SA为1时，T1或D1导通，SA为0时，T2或D2导通；当SB为1时，T3或D3导通，SB为0时，T4或D4导通。

因上桥臂和下桥臂不允许直通，所以在每相桥臂中，上桥臂的开关信号和下桥臂的开关信号必须相反。则输入电压uab的取值只有Ud、0、-Ud三种电平，两电平脉冲整流器的工作原理是通过采用不同的控制方式，调节uab有效值的大小，来控制输入电流的相位，从而实现对系统功率因数的控制。通过以上分析可得出两电平脉冲整流器主电路数学模型如式(1)所示[3]。

2 间接定子量控制

2.1 间接定子量控制基本原理

间接定子量控制的基本原理：根据转矩给定值、磁通给定值以及计算得出的当前PWM周期中磁通和转矩值，来预测下一个PWM周期中定子磁通所需的角度和幅值的变化，从而计算出定子电压矢量Us，再通过SVPWM调制器得出逆变器所需的开关信号，使定子磁链沿圆形轨迹运动且保证转矩为给定值[4-5]。

2.2 间接定子量控制的算法实现

若kψ表示定子磁链空间矢量从k时刻到() k-1时刻幅值的增量。它可由定子磁链给定值和定子磁链的实际值的幅值通过PI调节器得到。

若用Δθ表示从k时刻到() k-1时刻定子磁链空间矢量相角增量，则其为静态相角增量Δθs、动态相角增量Δθr之和。静态相角增量Δθs可以通过转子角频

率和转差角频率求得，而动态相角增量Δθr可通过转差频率的PI调节得到。

假设控制周期Ts足够短，则可以认为k时刻结束时，所需输出的电压矢量为当前控制周期的定子电压的平均值，再通过SVPWM控制器，得到逆变器所需的开关信号，从而实现对异步牵引电机的控制。由以上分析可得间接定子量控制算法系统框图如图2所示：

图2 间接定子量控制算法系统框图

3仿真结果

为了验证控制方案的可行性，本文针对牵引传动系统，进行了基于Matlab的仿真研究，并给出了仿真结果。仿真系统中异步电机参数为：额定功率265kW，额定电压1287V，额定电流158A，额定频率92Hz，定子电阻0.144Ω，定子漏感1.417mH，转子电阻0.146Ω，转子漏感1.294mH，互感32.848mH，电机极对数2个，给定磁链为1.7Wb。逆变器的开关频率为800Hz。