轨道交通永磁同步牵引系统调制策略与控制技术研究

发布时间：2022-10-10 20:18

　　永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）具有高效、高功率密度、低噪音和结构灵活等优点,在轨道交通车辆牵引系统中越来越受到关注。本文以大功率三相两电平逆变器供电的PMSM为研究对象,重点研究低开关频率大功率牵引逆变器优化同步调制技术和PMSM控制策略。针对三相两电平逆变器,简单介绍了空间电压矢量调制（Space voltage Vector Pulse Width Modulation,SVPWM）与三角载波调制之间的关系,推导出了满足输出相电压波形周期对称、半波奇对称、1/4周期偶对称和三相平衡、线电压极性一致及同时只允许一个桥臂开关切换等约束条件的优化同步空间电压矢量序列排列规律,提出了待优化同步空间电压矢量序列的构造方法,完成了11分频以下矢量序列集合的构造,并分析了序列中各矢量作用角度与对应相电压波形优化开关角之间的数学关系。而后,以矢量序列中各个矢量的作用角度为变量,建立了谐波电流最小优化同步SVPWM（Current Harmonic distortion Minimization SVPWM,CHM-SVPWM）方法,并... 

【文章页数】：186 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 永磁同步牵引系统简介
        1.2.2 牵引逆变器PWM技术研究现状
        1.2.3 永磁同步牵引电机控制技术研究现状
    1.3 论文的主要研究内容
第2章 谐波电流最小优化同步SVPWM
    2.1 空间矢量基本概念
    2.2 三相两电平逆变器空间电压矢量
    2.3 优化同步空间电压矢量序列排列规律
        2.3.1 异步SVPWM与三角载波调制的内在联系
        2.3.2 优化同步空间电压矢量序列排列特征
    2.4 优化同步空间电压矢量序列构造方法
    2.5 优化空间电压矢量序列的相电压波形
    2.6 谐波电流最小优化同步SVPWM
        2.6.1 数学模型
        2.6.2 优化求解
        2.6.3 两类优化同步PWM方法的求解比较
        2.6.4 CHM-SVPWM的优化开关角
    2.7 仿真及实验结果
        2.7.1 仿真结果
        2.7.2 实验结果
    2.8 本章小结
第3章 优化同步调制下PMSM电流谐波分析与评价
    3.1 PMSM数学模型
        3.1.1 三相静止坐标系
        3.1.2 两相静止坐标系
        3.1.3 同步旋转坐标系
    3.2 PMSM矢量控制策略
        3.2.1 定子电流矢量约束
        3.2.2 PMSM控制原理
        3.2.3 PMSM矢量控制策略
        3.2.4 电机参数对弱磁能力的影响
    3.3 优化同步调制下PMSM定子电流分析
        3.3.1 优化同步PWM输出电压表达式
        3.3.2 PMSM定子电流表达式
    3.4 优化同步PWM下PMSM电流谐波评价指标
        3.4.1 PWM方法性能评价指标
        3.4.2 优化同步PWM方法电流谐波评价指标
    3.5 基于不同评价指标的两种优化PWM方法比较分析
        3.5.1 考虑凸极特性的CHMPWM-ESM方法
        3.5.2 不同评价指标下两种优化PWM方法电流谐波性能比较
    3.6 实验验证
    3.7 本章小结
第4章 考虑PMSM凸极特性的优化同步SVPWM方法
    4.1 考虑凸极特性的优化同步SVPWM建模及求解
        4.1.1 基于σi0最小的优化同步SVPWM
        4.1.2 基于σi最小的优化同步SVPWM
    4.2 电流谐波特性分析
        4.2.1 基于σi的电流谐波特性分析
        4.2.2 各次谐波电流分析
        4.2.3 实验验证
    4.3 转矩谐波特性
        4.3.1 转矩谐波表达式
        4.3.2 转矩谐波计算及仿真验证
    4.4 几种优化同步调制方法比较
    4.5 本章小结
第5章 轨道交通用PMSM直接转矩控制策略
    5.1 低速区PMSM直接转矩控制策略
        5.1.1 PMSM转矩控制基本原理
        5.1.2 固定开关频率直接转矩控制
        5.1.3 基于等效磁链的定子磁链观测器
        5.1.4 无差拍直接转矩控制
        5.1.5 仿真与实验分析
    5.2 基于优化磁链轨迹的直接转矩控制
        5.2.1 优化磁链轨迹
        5.2.2 基于磁链轨迹的同步调制策略实现
        5.2.3 基于优化磁链轨迹的直接转矩控制实现
        5.2.4 仿真和实验验证
        5.2.5 几种同步调制闭环控制方法比较
    5.3 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]国外永磁同步牵引系统的发展与应用[J]. 陈萍,罗情平.  国外铁道车辆. 2017(05)
[2]永磁同步电机模型预测控制的现状与发展[J]. 陈若珠,何婷,常勇.  工业仪表与自动化装置. 2017(03)
[3]基于交流电机定子磁链的CHMPWM切换策略[J]. 周明磊,王琛琛,游小杰.  中国电机工程学报. 2016(14)
[4]开关频率恒定与占空比调制相结合的PMSM-DTC控制[J]. 吕帅帅,林辉,李兵强.  电工技术学报. 2016(03)
[5]中国动车组发展现状与前景展望论析[J]. 郭伟.  科技展望. 2015(26)
[6]法国未来的主流车型Regiolis列车[J]. 王鹏飞.  国外铁道车辆. 2015(05)
[7]低开关频率下SVPWM同步调制策略比较研究[J]. 王堃,游小杰,王琛琛,周明磊.  中国电机工程学报. 2015(16)
[8]轨道交通中永磁同步牵引系统的优势与挑战[J]. 马颖涛,李红,李岩磊,杨宁.  铁道机车车辆. 2015(03)
[9]基于永磁同步电机定子磁链轨迹跟踪的中间60°同步调制动态性能优化[J]. 方晓春,原佳亮,赵冬,林飞,杨中平.  电工技术学报. 2015(10)
[10]中国高速动车组现状及发展趋势研究[J]. 李健.  中国科技信息. 2015(10)

博士论文
[1]三相逆变（整流）器调制与模型预测控制算法研究[D]. 方辉.西南交通大学 2016
[2]轨道牵引逆变器数字控制研究[D]. 韦克康.北京交通大学 2012
[3]地铁车辆牵引电传动系统控制关键技术研究[D]. 孙大南.北京交通大学 2012



本文编号：3690287