用於調節鐵路車輛的電力牽引發動機的電磁轉矩的方法
2023-04-24 11:59:46
專利名稱：用於調節鐵路車輛的電力牽引發動機的電磁轉矩的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於調節和控制電力牽引發動機的電磁轉矩的方法和過程，該電力牽引發動機用於鐵路車輛，諸如火車、地鐵或電車等。
背景技術：
通過由被稱為架空線路(overhead line)的接觸網(catenary)提供動力的牽引設備來執行對諸如火車、地鐵或電車等鐵路車輛的牽引。在直流電壓架空線路的情況下，牽引設備包括單級DC/AC轉換器，其通常由基於IGBT電晶體的逆變器形成，該DC/AC轉換器通過切換所述電晶體來控制一連串驅動鐵路車輛的車輪的電動機並向該電動機提供動力。該轉換器負責提供電力牽引發動機所需的電壓波形和頻率，以便一直實現所需的性能。當直流架空線路電壓中出現變化時，轉換器總線電壓中感應出突變。在總線電壓值用作控制參數的控制模式下，該總線電壓值的突變產生了使電動機的定子磁鏈(statorflux)增大並使電磁轉矩增大的控制動作，該電動機的定子磁鏈增大伴有隨後的其電流峰值。這個效果降低了這種控制的魯棒性。因此，一種能夠響應於由架空線路電力電壓的突變所致的轉換器總線電壓變化來有效地調節電力牽弓I發動機的電磁轉矩的方法是必要的。
發明內容
本發明提出了一種用於調節鐵路車輛的電力牽引發動機的電磁轉矩的方法，由此消除了常規控制模式具有的響應於架空電力線路的電壓突變的問題。本發明的方法目的使用電壓轉換器，該電壓轉換器從架空線路獲取直流電壓以便向負責驅動鐵路車輛的車輪的電動機提供動力。電壓轉換器由連接到電動機的逆變器形成，以控制該電動機的電磁磁鏈和轉矩。所述逆變器由一連串電晶體形成，該電晶體在對應於電壓逆變器輸出端處的非零電壓的有源切換狀態(active switching states)與對應於逆變器輸出端處的零電壓的零切換狀態(zero switching states)之間切換，以便通過所述電晶體的選擇性切換，而使電力牽引發動機的繞組變得通電。當直流架空線路電壓中出現變化時，在轉換器總線電壓中感應出突變，該突變產生了使電動機的定子磁鏈增大並使電磁轉矩增大的控制動作，該電動機的定子磁鏈增大伴有隨後的其電流峰值。為了調節電動機的電磁轉矩的這種增大，該轉換器的電晶體有必要切換到對應於電壓轉換器輸出端處的零電壓的零切換狀態。因此，本發明提出了插入產生電晶體的附加零切換狀態的混合零向量，該混合零向量疊加在由磁鏈和轉矩控制計算出的(有源和零)切換狀態上。因此，響應於架空線路電壓的突然增大，獲得了電力牽引發動機的電磁轉矩的受控減小。當電力牽引發動機的電磁轉矩超過預建立的上限時，執行所述混合零向量的插入，並且當電磁轉矩(Tem)達到基準轉矩水平時，停用該混合零向量。
根據應用來定義電力牽引發動機的電磁轉矩的預建立的上限和電動機的基準轉矩水平這兩者，並且定義這兩者來響應每種情況下施加的要求。因此，得到了具有非常有利的特徵的方法，針對應用功能獲取其自身的特性和優選性質，該應用功能意在與調節鐵路車輛的電力牽引發動機的電磁轉矩有關。
圖1示出了從架空線路獲取直流電壓以便向鐵路車輛的電力牽引發動機提供動力的電壓轉換器。圖2示出了用於控制鐵路車輛的電力牽引發動機的定子磁鏈和電磁轉矩的控制系統的框圖。圖3示出了在以兩軸平面表示三相系統的固定a坐標系中表達的電力牽引發動機的定子磁鏈和轉子磁鏈的空間向量。
圖4示出了用於調節本發明的電動機目標的電磁轉矩的方法的框圖。圖5示出了根據電動機的電磁轉矩的開方(evolution)的混合零向量的插入的示意圖。
具體實施例方式諸如鐵路、地鐵或電車等鐵路車輛的牽引設備具有通過由被稱為架空線路的接觸網提取的電壓來向一連串電力牽引發動機提供動力的電壓轉換器。電壓轉換器(I)通常由基於IGBT電晶體的逆變器(2)形成。在圖1中所示的本發明的實施例中(其在任何情況下不作為限制)，電壓轉換器(I)由兩個逆變器(2)形成，逆變器(2)從架空線路獲取直流電壓(V|SaK)以便分別對四個三相交流電動機(3)提供動力並對其進行控制，對鐵路車輛的每個車輪(4)都提供一個。每個逆變器(2)具有成對分布的六個IGBT電晶體(TR1，並且每一對均連接到電動機(3)的繞組。因此，通過切換IGBT電晶體(TRl，-TR6)的狀態而使電動機(3)的繞組變得通電，從而使它們運轉。IGBT電晶體(TR1，在對應於逆變器(2)輸出端處的非零電壓的有源切換狀態(E. A.)與對應於逆變器(2)輸出端處的零電壓的零切換狀態(E. N.)之間切換。在圖2的框圖中所示的控制模式下，由用於控制電動機(3)的定子磁鏈(Vs)的控制塊(C. F.)和由用於控制電動機(3)的電磁轉矩(Tem)的另一控制塊(C. P.)產生IGBT電晶體(TR1，-TR6)的切換命令，使得通過控制塊(C. F.)產生有源切換狀態(E. A.)，並且通過控制塊(C. P.)產生零切換狀態(E. N.)。通過根據預定義路徑引導定子磁鏈(Vs)並且以與所述預定義路徑同步的方式施加零切換狀態(E. N.)來控制定子磁鏈(vs)。反過來，通過滑模控制(sliding control)來控制電磁轉矩(Tem)。被稱作磁鏈滯後水平(Vhl)的控制變量用於調節兩個變量，即定子磁鏈(Vs)和電磁轉矩(Tem)。這個控制變量表示用於計算IGBT電晶體(TR1，…TR6)的切換時刻的瞬時定子磁鏈(Vs)的比較閾值。在比較塊(C)中將磁鏈滯後水平(Vhl)與定子磁鏈(Vs)進行比較，以計算IGBT電晶體(TR1，…TR6)的有源切換狀態(E. A.)。磁鏈滯後水平(Vhl)是兩個變量的函數，Vhl=f Ohl ff, A Vhl),其中Vhl ff是由下式計算出的磁鏈滯後(Vhl)的分量
權利要求
1.一種用於調節鐵路車輛的電力牽引發動機的電磁轉矩的方法，使用由逆變器(2)形成的電壓轉換器(1)，所述逆變器(2)獲取直流電壓(V|SaK)以便向電動機(3)提供動力並且控制所述電動機(3)的所述電磁轉矩(Tem)，其中所述逆變器(2)包括電晶體(TRL···TR6 )，所述電晶體(TRl…TR6 )在對應於所述逆變器(2 )輸出端處的非零電壓的有源切換狀態(E. A.)與對應於所述逆變器(2)輸出端處的零電壓的零切換狀態(E. N.)之間切換，其特徵在於通過選擇性地插入產生對應於所述逆變器(2)輸出端處的零電壓的附加零切換狀態(E. N. V.)的混合零向量來調節所述電動機(3)的所述電磁轉矩(Tem)，由此響應於所述架空線路電壓(V|SaK)的變化而減小所述電動機(3)的所述電磁轉矩(Tem)。
2.根據權利要求1所述的用於調節鐵路車輛的電力牽引發動機的電磁轉矩的方法，其特徵在於由所述混合零向量產生的所述附加零切換狀態(E. N. V.)疊加在所述電晶體(TR1...TR6)的所述有源切換狀態(Ε· A.)上。
3.根據權利要求1所述的用於調節鐵路車輛的電力牽引發動機的電磁轉矩的方法，其特徵在於當所述電動機(3)的所述電磁轉矩(Tem)超過上限(混合電磁轉矩容限)時，插入所述混合零向量，並且當所述電磁轉矩(Tem)達到基準轉矩(Tem_ref)水平時，停用所述混合零向量。
全文摘要
一種用於調節鐵路車輛的電力牽引發動機的電磁轉矩的方法，使用獲取直流電壓以便向電動機提供動力並控制其電磁轉矩(Tem)的逆變器，其中所述逆變器包括電晶體(TR1,…TR6)，所述電晶體(TR1,…TR6)在對應於所述逆變器輸出端處的非零電壓的有源切換狀態(E.A.)與對應於所述逆變器輸出端處的零電壓的零切換狀態(E.N.)之間切換。通過選擇性地插入產生對應於所述逆變器輸出端處的零電壓的附加零切換狀態(E.N.V.)的混合零向量來調節電動機的電磁轉矩(Tem)，由此響應於直流電壓的變化而減小所述電動機的電磁轉矩(Tem)。
文檔編號H02P21/12GK103069710SQ201180039412
公開日2013年4月24日 申請日期2011年4月14日 優先權日2010年8月12日
發明者T·涅瓦法特拉, A·阿爾貝蒂烏加特, H·加斯塔尼亞加阿蘭薩門迪 申請人:Caf電力與自動化公司