基于電力機車牽引電機在全速度范圍的控制策略研究

摘要：眾所周知，電力機車中牽引電機的控制性能一直以來都是電力機車最為核心技術的部分，它的優劣直接關系著電力機車的平穩運行。本文主要以電力機車為著力點，對電力機車電牽引傳動系統以及電力機車牽引電機在全速度范圍的控制策略進行簡要的分析。

關鍵詞：電力機車;牽引電機;矢量控制;策略

我們知道，軌道牽引動力機車作為一種運載工具大致經歷了三個發展階段，分別是蒸汽機車階段、內燃機車階段以及電力機車階段。說到電力機車，相較于之前的蒸汽機車與內燃機車來說，由于具有功率大，過載能力強、速度快、牽引力大、運營費用低等優勢，更是成為現在運輸工具中的主流，為人們所青睞。然而，相較于世界上的發達國家來說，我國電力機車的發展就顯得不那么成熟，仍然處于電力機車發展剛起步的階段，在電力機車牽引方式上，我國大多使用的是直流牽引，而國外在很早之前就已經開始大量使用交流傳動。當然，為了緩解與發達國家技術上的這些差距，我們的科研工作人員在正走在努力研究電力機車的道路上。那么下面，我們就電力機車來進行簡要的敘述。

1.關于電力機車以及電力機車電牽引傳動系統的簡述

1.1對于電力機車的簡要敘述

一般情況下，電力機車的運行性能與整個鐵路能否平穩運輸是息息相關的，因為不管是對于高速鐵路，城市軌道交通還是重載鐵路來說，最終完成乘客運輸或者貨物運輸的載體仍然是電力機車，可以說電力機車在我國的交通運輸體系中扮演的角色越來與重要。

說到電力機車，顧名思義就是指用牽引電動機來驅動車輪的機車，依靠外界的電力作為能源驅動，電源主要包括架空電纜、第三軌、電池等，是一種非自帶能源的機車。使用電力機車牽引車列，對于列車運行速度與承載重量的提高，作用是至關重要的，不僅如此，由于電力機車的啟動加速非常快，且有很強的的爬坡能力，工作不受天氣影響，運行時無污染，所以說對于整個鐵路運輸質量與通過能力的提高都起著不容小覷的影響力。

1.2簡要分析電力機車電牽引傳動系統

在交通運輸的過程中，車輛牽引的電氣傳動部分是依靠電動機驅動來滿足的，也就是我們所說的電牽引傳動系統。它是將牽引電機作為控制的對象，進而去調節電機的牽引力和速度，以適應車輛牽引與制定特性的最終要求。隨著現在經濟水平的提高，電力電子器件、牽引電機等硬件的發展，牽引傳動系統的控制性能也隨之得到了一定的提高，在技術上的應用也越來越廣泛，譬如磁懸浮列車就是采用的電牽引傳動系統。

1.3關于電力牽引傳動系統中牽引電機控制策略的淺要分析

要想完成電力機車的所有運輸過程，最重要的就是要通過對牽引電機的調速過程，故而機車整體的運行性能是受到牽引電機控制性能好壞影響的。我們說到牽引電機的控制策略，可以分為電機穩態模型控制策略，矢量控制技術以及直接轉矩控制這三個方面。在這里我們不進行深入的描述，只簡單的了解就可以了。

2.電力機車牽引電機在全速度范圍的控制策略

2.1淺析電力機車牽引電機在進入方波弱磁區之前的矢量控制策略

我們可以意識到的是，牽引傳動系統對于整個電力機車來說，是進行其全部系統控制的核心，控制性能的優劣直接影響著電機機車運行的平穩性與安全性。那么談到牽引電機，我們不得不說一下矢量控制，它是在牽引電機中應用最廣泛最普遍的一種高性能的控制策略，就例如現在我國的動車組多數就是采用矢量控制這種策略。

我們說到對于矢量控制的研究，在現有條件下都是圍繞三個方面進行展開研究的。分別是要求轉子磁鏈的實際數值與指令數值相等;定向角度務必精確（即同步旋轉坐標系中的d軸角度與轉子磁鏈矢量的角度要求相等）;電機實際電流對指令電流的跟蹤做到快速且無靜差。

2.2淺析電力機車在方波工況下的控制策略

在對于電力機車牽引電機在方波工況下的控制策略研究時，我們要注意以下幾個方面。

2.2.1電機在方波工況下運行時，經常會出現逆變器輸出電壓過大而導致電流控制器失效的狀況，針對這種現象，我們可以從電流開環控制入手，進行矢量控制方案的改進，取消電流控制器，使得電壓指令可以直接由電機在旋轉坐標下的穩態方程計算得到，從而確保在方波下對電機進行控制能夠繼續通過矢量控制得到。

2.2.2一般電機進入弱磁區，就意味著電機在運行于方波時電壓達到了最大數值，此時就可以通過對電機電壓進行自動調節去實現弱磁，實現方波下的最大轉矩控制。

2.2.3可以在方波下通過改進矢量控制實現磁場的定向矯正。

2.3淺析電力機車在全速度范圍內的調制策略

一般情況下，在電力機車牽引傳動系統等一些大功率的場合，最高開關由于受到散熱條件的限制等情況的影響，頻率比較低。在低載波比的情況下，傳統的規則采樣調制就顯示出了一定的不適應性，這就需要在對從平滑過渡到方波的過程中采取特殊的同步調制方式。

3.結束語

通過前面的敘述，我們可以看到電力機車牽引傳動系統的控制性能對于整個電力機車的平穩安全運行來說是至關重要的。然而到目前為止，我國在電力機車牽引傳動系統的控制性能、安全性能方面較國外的一些國家來說還有一定的欠缺。為了縮短與發達國家電力機車水平之間的差距，使電力機車的發展與經濟水平的發展相適應，這就給我們科研工作者們在對于電力機車牽引傳動系統的控制性能上提出了一定的要求，要努力進行科學研究與實踐，學習國外先進技術，取其精華、揚長避短，完善我國電力機車技術，促使我國的交通運輸可以跨上一個新的歷程。

參考文獻：

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作者簡介：崔衛東（1969.4-），男，河南林州人，中國北車集團太原軌道交通裝備有限責任公司，高級工程師，本科學歷，研究方向為電力機車牽引電機及變壓器技術。