基于籠型異步電機的地鐵牽引試驗平臺研究
王偉1，程明1，胡文斌2
（1．東南大學電氣工程學院，南京210096；2南京理工大學動力工程學院，南京210094）
摘要：針對地鐵牽引試驗的要求，提出了“雙逆變器電機”結構的地鐵牽引試驗平臺設計方案�；诨\型異步電機，采用轉子磁場定向矢量控制方法，建立了matlab/simulink環境下的地鐵牽引試驗平臺仿真模型，并進行了地鐵列車牽引過程和制動過程的仿真。仿真結果驗證了設計方案的有效性和正確性。
關鍵詞：雙逆變器一電機；籠型異步電機；轉子磁場定向；仿真；牽引；制動
中圖分類號：tm343; tp271+4 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010) 06-0082,-03
0引 言
隨著我國城市化步伐的不斷加快，城市人口規模急劇膨脹，以公交、出租車為代表的傳統城市公共交通工具已不堪重負。因此，具有運量大、速度快、占地少、安全可靠、準點率高、乘坐舒適、綠色環保等優勢的地鐵一經出現，便成了國內各大中城市破解城市公共交通難題的旨選。地鐵列車作為一種電力傳動動車組，是以電力傳動方式來實現電能機械能的變換及傳遞的。長期以來，地鐵中主要采用直流傳動方式。然而，隨著電力電子器件、高性能矢量控制算法以及相關技術的發展，交流電機的控制性能已經可以與直流電機相媲美，而且其具有功率密度高、成本低、可維護性好、受環境制約小等直流電機沒有的優點，上述因素使得交流傳動逐步取代了直流傳動在地鐵中的主導地位。地鐵列車作為一種大功率交流傳動系統，在正式投用之前必需進行各種試驗來了解系統與部件的特性以及與外部環境的相互關系，而各種試驗都離不開大功率交流傳動試驗平臺。
目前，國內的大功率交流傳動試驗平臺可分為兩種：一種是耗能型，另一種是饋能型。前者是在被試電機軸端對接一直流發電機，直流發電機的軸端接阻性員載，通過調節直流發電機的勵磁電壓來調節其輸出轉矩。但直流發電機發出的電難以被二次利用。這種浪費在地鐵這樣的大功率系統中尤其嚴重。后者是在被試電機軸端對接一個由直流發電機一直流電動機交流同步發電機構成的能量回饋系統，把電能同饋給電網。通過調節負載電機組的三個勵磁電壓來調節其輸出轉矩，并維持同步發電機的頻率穩定。這種試驗方式控制非常復雜，成本昂貴。而直流電機的存在也限制r電機高速運行工況的試驗。另外，二者在進行大功率試驗時，均需較大的配電容量。
本文基于matlab/simulink r2007a構建了一種“雙逆變器電機”結構的地鐵牽引試驗平臺。該平臺陪試部分采用了籠型異步電機，克服了上述兩種傳統交流傳動試驗平臺由于直流電機帶來的種種缺點，具有能量消耗低、調速范圍廣等優點，為進行各種試驗提供了便利。
1地鐵牽引試驗平臺結構和原理
地鐵牽引試驗平臺的系統結構如圖1所示，由直流電源dc，變流器inv1、inv2及對應的控制器ctr1、ctr2，被試電機m1陪試電機m2組成，其中m1、m2為異步電機。m1采用雙露閉環控制（外環為轉速，內環為轉矩），模擬實際地鐵列車的牽引裝；m2采用轉矩閉環控制，模擬地鐵列車運行過程所受阻力和負載。
為了說明地鐵牽引試驗平臺的工作原理，在此做一些符號上的假定。假定inv1、inv2輸出的交流電頻率分別為，f1、f2，m1和m2的軸端轉速折算后的等效頻率為六通過ctr1、ctr2對inv1、inv2施加不同的控制策略來控制f1、f2的相對大小。
其中，m1的轉差頻率
m2的轉差頻率
根據異步電機的基本作用原理：當轉差頻率大于零時，異步電機處于電動機運行狀態；當轉差頻率小于零時，異步電機處于發電機運行狀態。當需要模擬地鐵列車牽引過程時，通過施加一定的控制策略必然分于f1和f2之間，即δf1>0，δf2<o，從而可以推得m1處于電動機運行狀態，m2處于發電機運 |
