干線牽引電機(jī)車(chē)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方法的設(shè)計(jì)

馬瑩

摘 要：干線牽引電機(jī)車(chē)是鐵路運(yùn)輸貨物的一種重要交通工具，根據(jù)目前礦山開(kāi)采的實(shí)際情況，需要其具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、負(fù)荷能力，即在牽引電機(jī)起動(dòng)上、穩(wěn)定性、過(guò)載能力上提出了較高的要求。本文通過(guò)MATLAB仿真軟件對(duì)雙電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單平均模型進(jìn)行建模仿真，采用矢量控制算法。并對(duì)雙電機(jī)單逆變器控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，仿真驗(yàn)證系統(tǒng)能滿足礦山牽引對(duì)電機(jī)的要求，并具有良好的抗干擾性能。

關(guān)鍵詞：牽引電機(jī)車(chē)；雙電機(jī)拖動(dòng)；矢量控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

作為礦山開(kāi)采的主要交通工具，礦山電機(jī)車(chē)性能的好壞直接影響其工作效率。傳統(tǒng)的直流調(diào)阻調(diào)速和直流斬波調(diào)速被交流牽引電機(jī)車(chē)所替代。空間控制、寬度不同的軌距等因素將影響著礦山牽引電機(jī)車(chē)性能，若采用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)輪軸，即雙電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，為了提升電機(jī)運(yùn)行速斷，成本等問(wèn)題，采用一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電機(jī)的方法，即雙電機(jī)單逆變器控制系統(tǒng)。

1.牽引電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及工作原理

牽引電機(jī)車(chē)在控制方法上具有多樣性，但對(duì)研究對(duì)象的控制上具有相似性，均采用一臺(tái)電機(jī)作為控制模型，本文在系統(tǒng)建模時(shí)以一臺(tái)電機(jī)作為研究對(duì)象，在電機(jī)建模時(shí)即對(duì)一臺(tái)電機(jī)進(jìn)行建模。為了使?fàn)恳姍C(jī)車(chē)提高其運(yùn)行可靠性，采用異步電機(jī)，而其動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型具有強(qiáng)耦合、非線性等特點(diǎn)，根據(jù)產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)相等的原則需進(jìn)行坐標(biāo)簡(jiǎn)化。

對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速主要分為基頻以下控制和基頻以上控制。由于定子電流對(duì)異步電機(jī)的勵(lì)磁回路產(chǎn)生影響，而定子繞組輸入的電流由轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量?jī)刹糠纸M成，這樣就不易于異步電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。而調(diào)速主要是由磁場(chǎng)進(jìn)行控制，為了對(duì)異步電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)控制，就要實(shí)時(shí)檢測(cè)其位置與數(shù)值的大小。若需要直接檢測(cè)，就要被現(xiàn)實(shí)中一些工程技術(shù)所制約，所以通過(guò)采用磁鏈模型進(jìn)行觀測(cè)的計(jì)算分析方式。

2.干線牽引電機(jī)車(chē)矢量控制系統(tǒng)

通過(guò)將異步電動(dòng)機(jī)三相坐標(biāo)變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型可知，為了對(duì)其轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，可采用用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流以及轉(zhuǎn)矩分量的電流的幅值和相位加以控制，在矢量變換的基礎(chǔ)上即控制其定子電流的矢量，這樣的控制方式稱(chēng)為矢量控制，這種控制屬于一種比較先進(jìn)的電機(jī)控制。牽引電機(jī)車(chē)采用矢量控制能夠滿足其工作中的性能要求。

3.干線牽引電機(jī)車(chē)雙電機(jī)系統(tǒng)仿真模型的搭建與結(jié)果分析

依據(jù)異步電機(jī)等效直流電機(jī)模型公式搭建雙電機(jī)單逆變器矢量控制系統(tǒng)，如圖1所示，系統(tǒng)采用雙電機(jī)單逆變器的簡(jiǎn)化平均模型，其中電機(jī)M1為主控制電機(jī)，電機(jī)M2為被控制電機(jī)。

3.1 系統(tǒng)仿真參數(shù)如下：

3.2 仿真研究

系統(tǒng)仿真從電機(jī)起動(dòng)后突加50%額定轉(zhuǎn)矩如圖2所示。其中圖2、圖3分別為系統(tǒng)啟動(dòng)后突加50%額定轉(zhuǎn)矩電機(jī)M1和電機(jī)M2的定子電流波形；圖4、圖5分別為系統(tǒng)啟動(dòng)后突加50%額定轉(zhuǎn)矩電機(jī)M1和電機(jī)M2的轉(zhuǎn)速的波形。

由圖2、圖3波形可以看出，在主控制電機(jī)M1和被動(dòng)控制電機(jī)M2設(shè)計(jì)相同參數(shù)時(shí)，二者承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡；由圖4、圖5波形看，兩電機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的工作性能，即在簡(jiǎn)化平均模型下采用矢量控制，能夠達(dá)到牽引電機(jī)車(chē)對(duì)牽引電機(jī)出力的要求。

結(jié)論

本文采用MATLAB軟件，建立牽引機(jī)車(chē)的控制系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)仿真中的關(guān)鍵問(wèn)題及系統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)行分析研究，為實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)及必要的設(shè)計(jì)參數(shù)。介紹簡(jiǎn)化平均模型下的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)控制方案，并建立雙電機(jī)單逆變器控制系統(tǒng)仿真模型。通過(guò)對(duì)兩電機(jī)中突加額定轉(zhuǎn)矩下定子電流和轉(zhuǎn)速的仿真結(jié)果說(shuō)明運(yùn)用簡(jiǎn)化平均電機(jī)模型在兩臺(tái)電機(jī)參數(shù)一致的前提下，具有良好的穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)性能，并能夠滿足牽引電機(jī)車(chē)對(duì)電機(jī)性能的要求。

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