高速牵引电机

高速牵引电机（精选7篇）

高速牵引电机 篇1

0引言

直接转矩控制法是上个世纪中期在矢量控制的基础上发展起来的新型控制方法[1,2]。把转矩直接作为被控量进行控制,省掉了复杂的矢量变换运算,其控制结构简单,控制手段直接,是一种具有较高动态响应的交流调速技术[3]。在直接转矩控制中有两种磁链控制方式,即六边形磁链和圆形磁链。六边形磁链控制结构简单,逆变器开关频率小,但是电流、磁链脉动较大。圆形磁链控制磁链脉动量较小,但是开关频率相对较大。本文根据高速列车牵引电机的工作特点,结合了这两种控制方式的优点,同时考虑了低速时定子电阻压降的影响,建立了适用于高速列车牵引传动系统的直接转矩控制模型。

1圆形磁链控制

对于定子磁链位置的判断,传统的方法是将磁链分成6个扇区。这种传统方法是建立在忽略定子电阻压降影响的基础上的,认为转矩的变化由转矩角度来决定,并不受定子磁链幅值影响。但是如果考虑电阻压降的影响,空间电压矢量选择表在某些情况下是不准确的,因此为了改善传统六扇区控制的不利影响,本文采用十二扇区细分的方法[4]。这种方法是在传统磁链六扇区的基础上将磁链再度细分,分为十二个扇区,如图1所示。

当θ在-15°~15°区间内,当前定子磁链处于第一扇区θ(1),若此时需要同时增加转矩和磁链时,矢量选择单元选择电压矢量U2(110);当定子磁链处于第二扇区θ(2)时,若此时需 要增加转 矩并减小 磁链时,矢量选择单元选择电压矢量U1(100);当定子磁链处于第三扇区θ(3)时,若此时需要减小转矩并增加磁链时,矢量选择单元选择电压矢量U4(100),以此类推[5]。

2六边形磁链轨迹控制

六边形磁链控制系统在1/6周期中只采用一种开关状态,不需要实时计算磁链矢量的相角和幅值,只需要将定子静止坐标系(αβ)下的磁链分量Ψsα和Ψsβ投影到三相坐标系(β)的βa,βb,βc轴上,得到三相定子磁链分量Ψβa,Ψβb,Ψβc,再通过滞环比较器得到3个磁链开关信号SΨa,SΨb,SΨc,由磁链开关信号可以很方便地得到逆变器开关信号Sa,Sb,Sc。另一方面,根据测得的定子电压us和定子电流is,通过电磁转矩计算得到实际电磁转矩Te,将Te与给定电磁转矩Te*比较之后经过转矩滞环比较器得到转矩开关信号TQ,由TQ控制逆变器开关信号的输入,进而控制异步牵引电机。

3恒转矩区段全速度控制策略

综合圆形磁链控制和六边形磁链控制的优点,在低速范围内,即15%基速以下,采用圆形磁链控制;在高速范围内,即15%基速以上,采用六边形磁链控制。磁链控制方式以15%基速为切换点,切换通过编写的S函数来实 现。根据直 接转矩控 制理论,建立MATLAB/Simulink仿真模型。

4全速度控制系统仿真与分析

本文参考的某动车组编组方式为四动四拖。通过MATLAB/Simulink仿真,得到的结 果如图2~ 图5所示。

结合图2、图3和图4可以看出:在全速范围内,定子磁链轨迹呈圆形和六边形混合图形;在低速范围内,磁链轨迹为圆形;在高速范围内,磁链轨迹为六边形;当牵引电机处于圆形磁链控制时,定子磁链的波动明显小于六边形控制。

在列车起动初始,起动阻力要大于列车运行阻力。从图5中可以看出列车起动时电机负载转矩约为290Nm,并随列车速度的增加而减小;在0.015s,此时列车阻力为列车运行阻力,并随着列车速度的增加而增加。结合图2可以看出,在电机负载转矩变化的同时,转速平稳过渡,并没有出现大的波动,说明建立的系统动静态性能响应良好。

为了对比传统圆形磁链控制和十二扇区细分圆形磁链控制,单独建立了两种圆形磁链控制模型。牵引电机基本参数不变,初始给定 电机转速 为40rad/s,0.3s给定电机转速为80rad/s,0.6s给定电机转速为30rad/s;电机负载转矩初始给定值为0Nm,0.6s负载转矩为400Nm。仿真结果如图6、图7所示。

对比图6(a)和图6(b)可以看出:在列车低速范围内,传统磁链控制会出现微小的磁链畸变;而采用十二扇区细分法得到的磁链轨迹能够更快地达到圆形。对比图7(a)和图7(b)可以看出:传统磁链控制电机电磁转矩在±30Nm范围内,而采用十二扇区细分法,电机电磁转矩在±25Nm左右,这表明十二扇区细分法能够有效地减小转矩脉动。

5结论

根据直接转矩控制理论,基于某动车组参数,建立恒转矩区段全速度控制模型,仿真结果表明:

(1)在考虑列车运行阻力和起动阻力的条件下,根据给定的参数,仿真得到的电机电磁转矩和定子电流没有产生大的波动,控制方式的切换比较平稳,定子磁链比较完整,没有产生畸变,系统具有良好的动静态响应性能。

(2)相对于传统圆形磁链控制,采用十二扇区细分的方法能够降低定子电阻压降的影响,有效地减小磁链畸变和转矩脉动,可用于异步牵引电机直接转矩控制的深入研究。

牵引电机绝缘轴承 篇2

铁道车辆用牵引电机绝缘轴承是为了防止电蚀引起牵引电机轴承的寿命降低, 用绝缘材料包覆轴承外侧, 防止电流通过的一种轴承。有可能通过牵引电机轴承的电流有:由磁路不平衡产生的轴电流;伴随逆变器驱动的脉冲状电压导致的漏泄电流;由于接地回路结构而产生的流经牵引电动机的接地电流等。日本铁道综合技术研究所开发了牵引电机绝缘轴承, 在以上任何情形下, 都可防止轴承的电蚀。该绝缘轴承是利用陶瓷喷镀或PPS (聚苯硫醚) 树脂在轴承外圈表面形成绝缘覆层。绝缘轴承目前被应用于许多牵引电动机。

译自日刊《RRR》2007, №1, 45 彭惠民 译 张 芳 校

高速牵引电机 篇3

作为矿山开采的主要交通工具, 矿山电机车性能的好坏直接影响其工作效率。传统的直流调阻调速和直流斩波调速被交流牵引电机车所替代。空间控制、宽度不同的轨距等因素将影响着矿山牵引电机车性能, 若采用一台电机驱动一个轮轴, 即双电机直接驱动, 为了提升电机运行速断, 成本等问题, 采用一台变频器控制多台电机的方法, 即双电机单逆变器控制系统。

1. 牵引电机的数学模型及工作原理

牵引电机车在控制方法上具有多样性, 但对研究对象的控制上具有相似性, 均采用一台电机作为控制模型, 本文在系统建模时以一台电机作为研究对象, 在电机建模时即对一台电机进行建模。为了使牵引电机车提高其运行可靠性, 采用异步电机, 而其动态数学模型具有强耦合、非线性等特点, 根据产生磁动势相等的原则需进行坐标简化。

对交流异步电动机进行调速主要分为基频以下控制和基频以上控制。由于定子电流对异步电机的励磁回路产生影响, 而定子绕组输入的电流由转矩分量和励磁分量两部分组成, 这样就不易于异步电机进行速度调节。而调速主要是由磁场进行控制, 为了对异步电动机磁场准确调节控制, 就要实时检测其位置与数值的大小。若需要直接检测, 就要被现实中一些工程技术所制约, 所以通过采用磁链模型进行观测的计算分析方式。异步电动机在两相旋转坐标系中的电压方程式为

2. 干线牵引电机车矢量控制系统

通过将异步电动机三相坐标变换为两相旋转坐标坐标的数学模型可知, 为了对其转矩进行控制, 可采用用来产生磁场的励磁电流以及转矩分量的电流的幅值和相位加以控制, 在矢量变换的基础上即控制其定子电流的矢量, 这样的控制方式称为矢量控制, 这种控制属于一种比较先进的电机控制。牵引电机车采用矢量控制能够满足其工作中的性能要求。

3. 干线牵引电机车双电机系统仿真模型的搭建与结果分析

依据异步电机等效直流电机模型公式搭建双电机单逆变器矢量控制系统, 如图1所示, 系统采用双电机单逆变器的简化平均模型, 其中电机M1为主控制电机, 电机M2为被控制电机。

3.1 系统仿真参数如下:

额定功率PN=4k W

额定电压UN=400V

额定转速n=1430r/min

极对数np=2

定子电阻Rs=1.405Ω

转子电阻Rr=1.395Ω

定子自感Ls=0.005839H

转子自感Ls=0.005839H

互感Lm=0.1722H。

3.2 仿真研究

系统仿真从电机起动后突加50%额定转矩如图2所示。其中图2、图3分别为系统启动后突加50%额定转矩电机M1和电机M2的定子电流波形;图4、图5分别为系统启动后突加50%额定转矩电机M1和电机M2的转速的波形。

由图2、图3波形可以看出, 在主控制电机M1和被动控制电机M2设计相同参数时, 二者承受的负载转矩平衡;由图4、图5波形看, 两电机具有低速大转矩的工作性能, 即在简化平均模型下采用矢量控制, 能够达到牵引电机车对牵引电机出力的要求。

结论

本文采用MATLAB软件, 建立牵引机车的控制系统的仿真模型, 并对仿真中的关键问题及系统的仿真结果进行分析研究, 为实际系统的设计提供理论依据及必要的设计参数。介绍简化平均模型下的矢量控制调速系统控制方案, 并建立双电机单逆变器控制系统仿真模型。通过对两电机中突加额定转矩下定子电流和转速的仿真结果说明运用简化平均电机模型在两台电机参数一致的前提下, 具有良好的稳态及动态性能, 并能够满足牵引电机车对电机性能的要求。

摘要：干线牵引电机车是铁路运输货物的一种重要交通工具, 根据目前矿山开采的实际情况, 需要其具有较强的稳定性、负荷能力, 即在牵引电机起动上、稳定性、过载能力上提出了较高的要求。本文通过MATLAB仿真软件对双电机拖动系统的简单平均模型进行建模仿真, 采用矢量控制算法。并对双电机单逆变器控制系统进行仿真设计, 仿真验证系统能满足矿山牵引对电机的要求, 并具有良好的抗干扰性能。

关键词：牵引电机车,双电机拖动,矢量控制

参考文献

[1]阮毅, 陈伯时.电机拖动自动控制系统—运动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 2010.

[2]张少华.永磁同步电机矢量控制策略研究与控制器实现[D].中南大学, 2008.

正确选择牵引电机的悬挂方式 篇4

关键词：牵引电机,悬挂方式,印度

1概述

尽管交流(AC)传动已经在印度铁路运用了约半个世纪,但每当决定选择新型的车辆悬挂形式时,包括悬挂方式及牵引电机转速的选取,总会引起无数的争论。关于这些问题,既没有现成编纂的信息供参考,大学中也没有教授这方面的知识。甚至印度铁路的培训机构也不能提供完整的关于牵引电机悬挂方式及其转速方面的信息。由于此问题相关文献的缺失,导致铁道车辆工程师有时很难做出合适的决定。

牵引电机机械设计的独特性、牵引电机安装形式的多样性,决定了每个机车制造商都需要具备电力传动装置方面的专家组。通常,会遇到诸如此类的术语,如轴悬式牵引电机、轴悬式驱动等。这些词语听起来相近,但这两种悬挂方式是完全不一样的。

除了牵引电机的悬挂方式外,电机的转速只需利用基本电机知识就可以理解。即电机转速越高,机车质量就越低(对于给定额定功率的电机而言,D2LN是一个常数,其中:D———直径;L———长度;N———转速,r/min)。公式本身没有问题。但当应用到牵引领域时,电机转速及其在转向架上的安装方式之间存在确定的联系。牵引电机的各种安装布置方式各有优缺点。当采用轴悬式高转速牵引电机时,会对牵引电机的可靠性产生严重副作用。

为探究问题,对关于牵引电机设计的各种相关文献及其安装方式进行了研究,并针对各机车制造商技术文献中相关信息与以下单位的专家进行了探讨:阿尔斯通、庞巴迪、西门子、东芝、TRAKTIONSYSTEME、三菱和川崎重工。对各国所用的不同系统进行了研究。

本文阐述了各种牵引电机悬挂方式和电机转速对其性能的影响,并汇总了电机悬挂方式和转速相关的技术问题,可以作为铁道车辆工程师在选择合适的系统时的现成参考手册。

2牵引电机悬挂方式

通常情况下,对牵引电机设计师来说,最大的挑战就是选取适当的方式将电机悬挂在转向架构架上。保持电机轴和轮对车轴间正确的几何布置,以保证在各种运用条件下,电机轴和车轴之间的传动效率和传输系统的润滑。

电机输出转矩通过减速齿轮传输到车轴。从牵引电机到小齿轮的整套传动装置被称为驱动装置,牵引电机是驱动部件。基于牵引电机和驱动装置在转向架上如何安装,通常有2种形式:

(1)轴悬式牵引电机;

(2)轴悬式驱动。

然而,也存在其他类型的牵引电机安装方式,例如底架安装牵引电机方式,即牵引电机安装在车辆底架上,通过柔性驱动来驱动一根或者数根车轴。无齿驱动方式,即利用轮对车轴作为电机轴,而定子则刚性安装在车体上。上述安装方式并不很通用,因此,本文仅限于讨论轴悬式牵引电机和轴悬式驱动2种安装方式。

2.1轴悬式牵引电机

这是在转向架上安装牵引电机最为常用的方式,通常也被称为轴悬式牵引电机系统。在这种电机布置方式下,牵引电机安装在转向架构架上,其电枢轴与车轴平行。电机一端通过安装在电机悬挂系统中的一对悬挂轴承支持,车轴绕此轴承旋转。电机的另一端通过鼻型结悬挂在位于转向架构架横梁上的支架上。典型的轴悬电机结构见图1,目前仍广泛使用。

这种类型的电机安装方式,由于电机几乎近一半的质量被刚性(没有任何弹性作用)安装在车轴上,故抵抗冲击的能力差。但这种安装方式允许电机座相对于转向架构架有足够的移动空间,以适应车轴在轴箱内的移动量。因为电机轴一直平行于车轴(受直径间隙影响),这是最简单、鲁棒性最好的传动方式,即只需采用单级减速直齿圆柱齿轮传动。这就保证了能够在最小的可能空间内安装牵引电机,允许最小的齿轮中心距(车轴和电机轴之间的距离)。设计此种布置方式的转向架时,需要合适地考虑位于横梁中间的悬挂电机的质量。在既有列车中,印度铁路(IR)的大多数转向架(WAP5除外)都是按此布置方式设计的。齿轮中心距是最重要的设计因素,因为它影响下面一些重要参数的设计:

(1)齿轮传动比的最大化;

(2)车轮直径可能的最小化;

(3)悬挂轴承处轴颈直径的最大化。

轴悬式牵引电机系统还具有以下优点:

(1)由于齿轮中心距最小化,在给定的空间情况下能够使电机尺寸最大化,可以尽可能地利用空间;

(2)相对简单、可靠,也最为经济;

(3)驱动系统几何外形与转向架一系悬挂装置无关。

此种布置方式主要的缺点和不足如下:

(1)由于牵引电机支承处缺少弹性自由度,电机会直接承受因轨道不平顺导致的车轮踏面处的很大冲击。设计电机悬挂单元和电机座时必须考虑它们能承受电机齿轮支反力。同样,牵引电机轴承和电机悬挂装置轴承的设计对于牵引电机的性能至关重要。

(2)直斜齿轮的安装受电枢轴和车轴之间距离以及两套轴承间隙的影响,可能存在齿端载荷。为了减小齿端载荷,小齿轮牙型需要特别注意,例如在齿端进行锥化处理。

(3)由于采用悬突小齿轮,电枢轴的弯曲会引起电机驱动端轴承不对中,这就使得驱动端小齿轮内部轨道设计变得复杂。为了应对可能出现的不对中,要把驱动端轴承内滚道包覆起来。

(4)由于牵引电机簧下质量偏大,转向架轮对对轨道产生冲击载荷,导致线路维护费用提高。

以下介绍轴悬式牵引电机布置方式的冲击和振动水平测试。

国际电工委员会标准IEC60034-14建议,车轴部位安装的设备垂向振动试验加速度为30g,但各机车和电动车组制造商记录的振动和冲击数值要远远高于IEC推荐的值。

由庞巴迪交通运输公司(以下简称BT公司)和西门子生产的电力机车和内燃机车牵引电机,在运行几年后,电机转子铜条即开始出现裂纹,当在运行中出现车轮打滑时,上述情况会恶化。在上述所有应用场合中,牵引电机都是轴悬式。直接由轨道传递到牵引电机的振动和冲击比设计值高很多,线路运行时车轮出现打滑现象,都是导致牵引电机失效的主要原因。有报告称,在孟买郊区,采用轴悬式、转速3320r/min的电机,在投入应用几个月后,其驱动端轴承保持架即出现裂纹。

在调研转子铜条失效的原因时,BT公司在2002年9月对WAG9型机车进行了振动和冲击试验,以测试牵引电机所承受的最大冲击。本次试验针对新旧大小齿轮的情况都进行了试验,除了测量冲击和振动外,BT公司还进行了各种转子性能对比试验。试验主要结论如下:

(1)装用新齿轮时,转子的冲击和振动最大值为30g。

(2)在各级速度下,装用磨损后齿轮时,冲击和振动加速度都非常高(系数高达6倍~10倍),试验过程中,测试值高达300g。

(3)黏着条件不良的启动阶段,冲击和振动加速度也非常大。

图2给出了装用新齿轮、磨损后齿轮的电机转子所测试出的冲击结果。

图2WAG9型机车在试验过程中测到的冲击值

在研究GM公司机车用三相牵引电机转子铜条出现裂纹的原因时,西门子公司对内燃机车进行了振动冲击试验,以确定牵引电机所承受的冲击情况。利用同样的测试方法,测得内燃-电力混合动力机车所承受的最大冲击振动值为130g。还测试了启动、不同速度运行和制动时脉冲转矩以及较为剧烈的扭转振动。

西门子公司 在设计驱 动系统前,在孟买郊 区对MRVC项目也进行了 相同的试 验,测得的最 大值为32g。

由于轨道不平顺、车轮空转和踏面剥离导致电机直接暴露在冲击和振动环境中,由于轴承保持架裂纹导致转子铜条破损和轴承抱死,在轴悬式牵引电机悬挂方式中非常突出。当装用磨损齿轮时,传递到转子的冲击会增长数倍。

2.2轴悬式驱动

轴悬式牵引电机布置方式(即轴悬式牵引电机系统)最根本的不足之处在于,牵引电机和传输系统的大部分质量(大约60%)为簧下质量。由于簧下质量大,对轨道的作用力大,这种布置方式不适用于速度160km/h及以上速度级的机车车辆。

对于高速和地铁来说,为了利用高速电机的优势,所有的机车和动车组制造商都采用牵引电机全悬挂在转向架构架上。在电机轴和车轴之间采用柔性驱动,以允许转向架构架在一系悬挂变形范围内的相对运动。这种系统被称为轴悬式驱动,因为传动装置或者说由齿轮、柔性联轴节等组成的驱动系统悬挂直接悬挂在转向架上。

上述形式的悬挂方式又称为架悬电机或者全悬挂电机布置方式,在这种布置方式中,整个电机质量都由转向架构架承担,而转向架构架质量又由一系悬挂承担(图3)。故这种布置方式降低了对轨道的冲击。由于车轴和电机轴之间采用柔性连接并且电机质量由转向架一系悬挂承担,由于轨道不平顺和恶劣的运用条件(车轮空转)所导致的冲击和振动响应,要比轴悬式牵引电机布置方式小得多。对采用轴悬式驱动的情形,需要对转向架进行特殊设计。

图3轴悬式驱动布置方式(牵引电机全悬挂在转向架构架上)

在牵引电机全悬挂的布置方式下,牵引电机要么挂在转向架构架上,要么挂在车体底架上,而不是直接安装在车轴上。其中,牵引电机小齿轮与齿轮轴通过中间齿轮柔性连接,这与轴悬式布置方式相比,可以大大减小牵引电机对轨道不平顺的敏感程度。在印度铁路上,一些列车的牵引机车以130km/h、150km/h的速度运行,过去的12年中,没有发生电机转子铜条破损的案例。故电机悬挂方式是决定转子寿命的一个重要影响因素,这在世界各地其他铁路系统中也得到了印证。

在过去的数十年中,基于此种轴悬式驱动的多种悬挂方式得到了广泛应用,它们拥有毋庸置疑的优势,当然,也存在其不足之处。

3世界各地牵引电机悬挂方式运用情况

在验证孟买郊区-市区交流-直流传动电动车辆牵引电机设计的同时,也对电机的更高转速对轴悬式电机悬挂方式的影响进行了详细讨论。起初,电气系统供应商提供了转速超过4041r/min的牵引电机。曾要求他们与印度铁路分享关于轴悬式牵引电机布置方式所使用的超过3000r/min电机对性能影响的经验。西门子公司提供了不同牵引电机及其在不同铁路系统中的应用情况(表1)。

尽最大可 能从各种 渠道收集 转速超过3000r/min的牵引电机的悬挂方式信息,简介如下。表1中,GT46-MAC型和GT46-PAC型机车的牵引电 机其悬挂方式为轴悬式牵引电机系统,而BR152型和DSB-LOK型机车牵引电机的悬挂安装方式为轴悬式驱动系统。无法确认其他轨道车辆的电机悬挂方式。将轴悬式驱动电机悬挂方式和轴悬式电机悬挂方式同时在一个表格中列出,容易引起误导。

(1)BR152型货运机车。

由德国西门子公司设计、福伊特(Voith)公司为德国铁路AG公司制造的BR152型货运电力机车,采用轴悬式驱动,机车最高运行速度为140km/h,电机的最大转速为3840r/min。这些货运机车自1997年投入运营。

从图4可以看出,所有的牵引电机都采用轴悬式驱动装置。这些电机都通过柔性联轴结与车轮相连。

(2)DSB-LOK型机车。

丹麦国营铁路(DSB)与德国西 门子AG公司签署订单,采购13台6轴EG3100型高性能等级机车,用于承担跨境重载货物运输任务。机车最高运行速度为140km/h,牵引电机 最高转速 为4000r/min。在电机悬挂布置中采用了轴悬式驱动单元。该列车的设计基于上述给德国铁路AG公司设计的152型货运机车。

(3)印度铁路GT46-PAC型机车。

有时,设计师们陶醉于各种悬挂系统中牵引电机的最高转速。例如,印度铁路GT46-PAC型客运内燃机车,其牵引电机最高转速为3784r/min(最高设计速度为160km/h),但机车实际运行最高 速度只有110km/h。考虑到实际最高运行速度只有110km/h,牵引电机的转速事实上小于2602r/min。

图4轴悬式驱动布置方式(滚动抱轴半悬挂)

(4)印度铁路GT46-MAC型机车。

同样,对于货运 机车,其设计最 高速度为120km/h,对应的电机最高转速为3320r/min。但机车实际最高运行速度只有75km/h,而牵引电机最高转速则为2075r/min。

综上可知,在很多情况下,尽管轴悬式牵引电机其设计转速高于3000r/min,但实际运用中,电机转速往往远小于3000r/min。

对所有机车领军制造商如阿尔斯通、东芝、三菱、庞巴迪等进行总结后,其电机转速和牵引电机悬挂布置方式见表2。

阿尔斯通公司在确定电机转速及其悬挂方式时遵循以下原则:

(1)货运机车 当最高速 度不超过140km/h时,采用轴悬式牵引电机布置方式。

(2)最高速度高于140km/h时,采用转向架构架悬挂牵引电机方式。对于更高速度情况,牵引电机则采用安装在车体底架上的布置方式。

(3)阿尔斯通公司已经制造出配装最高转速为3290r/min的轴悬式牵引电机货运机车。

(4)牵引电机转向架构架全悬挂的客运机车,电机最高转速为3800r/min。另一个实例是Pendolino电动车组,其电机是安装在车体底架上的,最高转速为3600r/min,但多数情况下,电机实际转速小于3000r/min。

由东芝、三菱和川崎三家公司组成的联合体所遵循的设计原则如下:

(1)对轴悬式牵引电机布置方式,电机最大转速为3187r/min,而轴悬式驱动对应的电机最高转速为6000r/min。轴悬式驱动主要应用于高速列车和通勤列车,这些车重点考虑因振动和冲击带来的乘坐舒适性。

(2)自1991年—2009年间,日本联合体已经向多个国家,例如日本、中国、南非和马来西亚提供了2914台机车。这些机车都采用轴悬式电机,其转速从2036r/min~3000r/min不等。

庞巴迪公司设计开发了Class185系列机车,用于快速货 运和客运,轴悬式驱动 形式的转向架最高速度为140km/h。对于最高 速度达200 km/h的机车,采用车体底架悬挂空心轴驱动系统。该种类型的转向架投入运用总计已超过700台。

其他的例 子包括:德国BR145、BR146和BR185型机车,瑞士的Re481、Re482、Re484和Re485型机车。庞巴迪公司采用的最典型的轴 悬式驱动 装置见图5。

基于上述讨论,机车领先制造商所遵循的原则如下:

(1)对于高速 应用场合,特别是速 度高于140km/h~160km/h时,牵引电机要么构架全悬挂,要么底架全悬挂。电机转速通常高于3000r/min,以便于充分利用牵引电机轻、高速运行时轨道作用力小的优势。

(2)对于运行速度最高为140km/h的低速运用场合,制造商们倾向于轴悬式电机布置方式。电机的设计转速小于3000r/min。但实际运用中,这些电机的转速远远小于3000r/min。对高速货运机车来说,为了降低轨道作用力,优先采用轴悬式驱动布置方式。

(3)对于地铁和电动车组来说,高速电机采用轴悬式驱动以充分利用电机质量轻的优势,转向架需特殊设计,以满足悬挂轴悬式驱动的需要。

4牵引电机的转速及其安装方式

重述一下电机转速与其外形尺寸之间的基本关系:电机输出功率 与D2LN成正比。其中:D———直径;L———电机长度;N———转速。对于给定额定功率的牵引电机,转速越高,尺寸越小,反之亦然。在给定的额定功率下,小电机与尺寸较大的电机相比具有自身优势,例如由于使用了较少铜导线,其损耗也少,只需较小的悬挂布置空间、较低的簧下质量等。由于电机较小,牵引电机所采用的轴承尺寸也比较小。通常情况下电机只能采用客户定制设计的轴承,这要考虑到它们的特殊运行环境。由于轴承较小,相应地保持架、滚子和内圈尺寸也较小。

例如,轴悬式牵引电机的转速超过3000r/min,剧烈的冲击和振动会传输到牵引电机和轴承部件中,轴承中最薄弱的环节是保持架,首当其冲成为剧烈冲击和振动的牺牲品。高转速的轴承保持架有很多疲劳断裂的实例。

印度铁路公司就有转速超过3000r/min的电机驱动端轴承失效的例子。曾经测试过孟买郊区电动车组的牵引电机 所承受的 冲击和振 动最大加 速度为35g。其电机转速为3452r/min,装用磨耗轮时,运行速度为110km/h,投入运行6个月之内,就发生了一系列的电机驱动端轴承抱死事件。电动车组驱动系统的制造商与轴承制造商一起进行了详细的调研。轴承失效的原因是由于轴承保持架过早地产生裂纹以及保持架和滚子的间 隙过大 (达到1.4 mm,设计值仅 为0.7mm)。所采用的轴承型号为NU2228,保持架无铆接。轴承的所有参数,例如动态载荷、静态载荷和极限转速等,均在轴承设计技术参数设定范围内。轴承制造商已针对大冲击和振动的应用环境定制标准轴承,即去掉一个滚子,强化保持架,但保持架和滚子之间的间隙仍保持1.4mm。轨道不平顺产生的冲击直接传输到牵引电机,导致轴承保持架产生裂纹。作为补救措施,轴承制造商将保持架与滚子之间的间隙减少到0.7 mm,这样就进 一步增强 了保持架 的强度。有限元分析结果表明,上述改进措施降低了保持架的应力水平,Haigh图也证明了这一点。遗憾的是,没有标准可通过加速老化试验验证有限元计算结果的准确性。印度铁路对轴承布置所做的改进只能靠运用实绩来检验。

另一方面,由于前述悬挂布置方式的原因,在全悬挂布置方式中,传递到电机元件的冲击和振动几乎可以忽略,轴承及其零件仅承受很小的机械振动。

5牵引电机轴承的润滑

轴承制造商通常采用以下标准来选择润滑情况,也就是确定轴承是采用脂润滑还是油润滑。

对脂润滑来说:

minDmN< 60×104

式中:Dm———轴承内外半径的 平均值;N———旋转速度,单位为r/min。

轴承内径取决于电机轴外径,电机轴外径又由其传输的功率和转矩决定。功率越高,电机轴外径越大。为了满足上述标准,对于脂润滑轴承来说,转速必然降低。

油润滑牵引电机轴承同样采用齿轮箱油来润滑,即在大齿轮的帮助下,润滑油通过旋转被提升,通过飞溅方式对轴承进行润滑。油润滑后会回落到齿轮箱。只有当油位保持在一定的最低水平时,油才可以被提升。齿轮箱泄漏或损坏导致润滑油不足或者油位低于最低水平时,齿轮就不能对轴承进行润滑,这会导致轴承抱死。此外,在运用过程中,由于某种原因,如果油位低于最小值,便开始产生轴承的润滑不足和损伤,即使再次将油加满也无济于事。西部铁路公司运行的交-直传动电动车组由于润滑原因而发生了数起轴承失效事故。对于不同材料的齿轮箱来说损害是频繁的,导致润滑油耗尽/渗漏,所以轴承抱死就不可避免。根据印度铁路公司的经验,每年CR和WR公司分别至少采购8个~10个齿轮箱以替代损坏的齿轮箱,在这种情况下,油润滑的轴承抱死是不可避免的。

除了泄漏以外,工作温度较高时,齿轮磨损会在润滑油中产生铁屑。齿轮箱上虽然安装了吸收磨损铁屑的磁性排油堵,但从未起到良好作用。这些有色金属材料相当于研磨材料,当它与润滑油一起接触轴承保持架时 (由黄铜制 造),会磨掉保 持架上的 黄铜。从WR和CR铁路公司送来的大量润滑油样本,被送到在法里达巴德的印度石油研发中心进行检测,检测报告强调,润滑油中铁的含量越高,铜的含量也越高。这种现象是不可避免的,会大大降低轴承寿命。

为保证齿轮正常工作,齿轮箱油粘度指数应该低,即在所有运行温度下,齿轮箱的润滑油粘度应该处于合理水平,避免金属与金属的接触。一旦确定驱动端轴承也要用齿轮箱油润滑,那么高粘度的润滑油是不能用于齿轮箱飞溅润滑的。这是用油润滑轴承的第3个局限性。

印度铁路公司也有类似的教训:WAG9型机车牵引电机驱动端轴承曾用齿轮箱油进行润滑。最终,为了避免轴承失效,决定单独润滑牵引电机驱动端轴承,将它与齿轮箱润滑油分开。

日本铁路系统即使在电机转速达到6000r/min时,牵引电机轴承仍然采用脂润滑。

6结论

(1)通常情况下,客运列车运行速度高。为了降低轨道作用力,采用全悬挂牵引电机是合适的。全悬挂电机(轴悬式驱动)质量轻、转速高。由于采用全悬挂牵引电机,因轨道不平顺或者车轮空转等产生的冲击力对电机部件的影响是最小的。这也是在所有高速运用条件下,小尺寸元件电机仍能取得成功应用的原因。除此之外,在电机和车轴之间采用柔性联轴节也是原因之一。由于转向架留给电机的空间是非常有限的,所以小尺寸的牵引电机是很受欢迎的。

(2)轴悬式牵引电机悬挂方式下,牵引电机直接暴露于轨道不平顺、车轮空转和齿轮磨耗产生的冲击和振动环境中,为了获得满意的牵引电机性能,其元件必须可靠,当然只有大尺寸的电机才可能做到这一点。与全悬挂布置方式相比,由于电机和车轴直接耦合,对牵引电机来说有足够大的空间可用。牵引电机制造商可以充分利用转向架给电机预留空间大的优势,设计低转速的牵引电机,这样电机元件尺寸可以比较大,从而提高元件的可靠性。正如前面所述,只有大尺寸、高可靠性的电机,才能够承受剧烈的冲击和振动。因此,对于轴悬式电机悬挂方式来说,低转速的电机更为合适。

(3)从上述讨论可以明显看出,对于额定功率相同的电机而言,为了获得诸如质量轻、尺寸小等优势,采用高转速牵引电机时,需要对安装轴悬式驱动的转向架进行合理设计。在印度铁路界除了WAP5型机车外,其他所有机车、电动车组等全部采用轴悬式牵引电机悬挂方式。为了充分利用既有列车的残余寿命,一度想对现有的转向架采用交流牵引电机进行改造。在目前所设计的转向架上采用轴悬式驱动布置方式是不可能的,故唯一的 选择仍是 轴悬式牵 引电机布置方式。采用轴悬式牵引电机布置方式,电机转速低(3000r/min),对印度铁路系统苛刻的运行条件来说是最合适的选择。

高速牵引电机 篇5

我们在日常检修中采用两种检查方法对轴承进行一般检查。一是列车回库时动态接车听有无异响;二是日检时检查轴承安装部位温度是否过高。目前牵引电机所有轴承异响故障都是采用上述方法检修发现的。希望通过对异响故障的分析, 能对以后轴承检修提供帮助。

1 事件经过

2014年4月24日, 成都地铁2号线10233列电客车 (该车到段试运行约1周) 在进行动态接车检查时, 发现2车2位、5车1位转向架会随轮对转到发出异常的“嗒、嗒、嗒”声, 低速时声音更为明显, 仔细倾听基本轮对每转一圈就发出一声。对相关转向架的所有部件进行外观检查后未发现异常, 检测相关牵引电机各关键部位温度均正常。通过现场多次倾听确认, 发现异音由2车4轴、5车1轴牵引电机内发出。

1.1 检查

通过对电机解体检查, 发现异音均来自轴伸端的圆柱滚子轴承 (成都地铁牵引电机轴伸端使用的是NSK品牌的NU214H52MY1C4EP6X265U5UY内圈无挡边圆柱滚子绝缘轴承) 。下面是对编号为23-6-11的轴承的检测情况。

轴承微动磨损处测量:

调查的两套轴承外圈滚道面均存在等滚子距微动磨损 (最深约5μm) , 且均在轴承外圈承载区;内圈对应处同样存在等滚子距微动磨损 (最深约15μm) 。

对润滑脂进行FT-IR分析结果判断, 润滑脂未发生氧化劣化现象。润滑脂铜铁粉含量及油分离率、水分含量均在NSK规格值之内。

根据以上现象, 推断轴承异音是由轴承内外圈及滚子上出现的微动磨损所引起。

1.2 原因分析

分析造成轴承异响的原因为:轴承内外圈滚道产生微动磨损形成凹面, 致使轴承滚子的滚道凹凸不平。当电机转动, 轴承滚子在滚道上运行时, 每次经过凹痕处就会发出异响。通常产生微动磨损的原因有密封不良导致异物进入;润滑脂被污染混入异物;过大载荷、冲击载荷;制造或运输过程中受到冲击等。由于试运行不到1周, 故推断轴承是在制造、装机及运输过程中产生的微动磨损。

如图3, 将有微动损伤的轴承内圈滚道面微动磨损处放大, 可以观察到原始磨削加工纹路贯穿了轴承滚道上深色的伤痕底部。若伤痕是在轴承制造环节中发生的, 原始磨削纹路不会贯穿伤痕底部, 会产生断纹, 这说明损伤不是在轴承制造环节产生的。

轴承在装上电机前电机生产厂家有严格的外观检查, 不会使用有缺陷的轴承。总装后还会进行电机各项试验, 轴承是重要的检查项。牵引电机在运输中, 为防止轴承受损, 通常在轴伸端转轴的端面加装横担, 通过两边的双头长螺杆牢牢固定在电机端盖上, 能有效防止转子的窜动和跳动。目前所有电机运输都使用该方法, 没有听说出现过故障。最后, 转向架组装后要进行点动调试及环线试验, 能发现明显的轴承异音。一般情况下微动磨损不可能产生于电机在主机厂的装配、调试环节。

通过分析判断微动磨损最有可能产生在地铁车辆从出厂长途运输至成都地铁公司的途中。

成都地铁2号线车辆从10223列开始, 变为由青岛四方厂只完成车体和转向架, 然后发到成都, 后续车辆的装配和调试都交给了成南轨负责。车辆出厂后先由铁路运输至成都, 这段由于一直是牵引状态, 和正常运行无异, 不会对轴承造成损伤。到成都后解编, 采用大型货车逐节运输至红柳地铁车辆段重新编组。虽然地铁车辆的车轮有止动装置, 但是牵引电机的转轴是与小齿轮通过TD挠性板联轴节连接, 并没有固定住, 而是轴向和径向因为轴承游隙都存在一定的偏摆量。当汽车经过减速带、低洼、凹坑、凸起等复杂路况以及急刹产生颠簸时, 产生的冲击力会不断传向地铁车辆转向架各部件。由于轴承游隙的存在, 使电机转子在轴承游隙范围内振动。转子的重量通过轴承滚子传递而压迫轴承内外圈滚道面, 经过多次反复的冲击在轴承内外圈滚道处产生磨损。而成南轨是新公司, 技术和管理水平以及经验较四方厂肯定有一定差距, 所以存在整车调试时未发现轴承损伤的几率。

1.3措施及建议

由于成都地铁没有铁路专线, 只有采用公路运输。建议南车四方厂对道路情况进行勘察, 重新选择运输线路, 尽量选择平坦、宽阔的道路, 减少颠簸;要求汽车司机在运输过程中驾驶匀速平稳, 减少急刹。

通过以上措施的实施, 后续没有出现新车异音故障。

2结论

从大量实验和故障案例可知, 轴承故障都是由小到大有个发展过程, 因此越早发现后果越轻。轴承在运转中无法直接观察, 但通过噪音、振动、温度、润滑剂等状况可察知轴承异常。轴承故障种类很多, 故障原因也多种多样。比如轴承异音故障, 不同的声音故障原因可能相同, 同样的声音故障原因可能会不同。这需要在工作中不断的摸索、积累和总结, 经验丰富了, 才能做出较为准确的判断。

参考文献

电机牵引交流变频调速系统研究 篇6

大功率综合机械化采煤技术的发展和高产高效矿井建设的需要, 使得采煤机电牵引迅速发展。目前国内外采煤机电牵引系统按调速方式可以分为4种:直流电机调速、异步电机变频调速、电磁调速和开关磁阻电机调速[1]。 直流电机调速系统体积大、结构复杂, 发热不易散发, 摩擦的碳粉难以排出, 造成寿命短、可靠性低、维修困难;而开关磁阻电机由于需要在转子上安装位置检测器, 从而降低了运转的可靠性[2];电磁调速系统传动效率低下, 尤其是在低速范围。在矢量控制技术出现之前, 交流调速系统多采用V/F比值恒定控制方法, 又称为标量控制, 采用这种方法在低速及动态, 如加减速、加减负载等情况时, 系统表现出明显的缺陷[3]。 矢量控制不仅可以消除标量控制的缺陷, 而且大大提高了系统的控制性能。改善异步电动机系统动态性能, 将矢量控制技术运用到电力传动领域, 用于解决传统采煤机调速问题, 具有重要的意义[4]。

1 异步电动机矢量控制系统数学模型

由于转速的变化存在机械惯性等因素, 加上运动系统的机电惯性以及转速与转角的积分关系等, 使得异步电动机成为高阶、非线性和强耦合的多变量系统。在研究异步电动机的多变量数学模型时, 常做如下假设: (1) 忽略空间谐波; (2) 忽略磁路饱和; (3) 忽略铁芯损耗; (4) 不考虑温度和频率的变化[5]。

在以上假设前提下, 首先列出系统在A—B—C坐标下的方程, 然后通过坐标变换, 将其转换为M—T坐标下的数学模型。在M—T坐标系, 将坐标轴M、T以同步转速ω1进行旋转, 并且M轴沿着转子总磁链矢量ψ2的方向, T轴垂直于矢量ψ2, 即ψ2=ψm2、ψt2=0。因转子绕组短路, 故um2=ut2=0, 这样异步电动机在M—T坐标系下的数学模型如下:

电压方程:

磁链方程:

转矩方程:

转差频率ωs与转矩间关系为:

式中, um1、ut1为定子在M—T轴上的电压分量;R1、R2为定子和转子等效电阻;p为微分算子;im1、it1、im2、it2为定子和转子电流在M—T轴上的电流分量;pm为电机极对数;Te为电磁转矩。

2 控制系统仿真分析

2.1 系统软件设计

系统的软件由上位机的监控显示程序和下位机的控制程序两部分构成。其中上位机的功用是设定电机参数, 也为电流、电压波形的实时显示做准备。下位机的功用是电流采样、转速采样、矢量变换、SVPWM输出以及串行通信、转速显示和故障输出等。

2.2 基于SVPWM的异步电动机矢量控制系统仿真实验

基于电压空间矢量技术的异步电动机矢量控制变频调速系统仿真模型如图1所示, 其中整流侧采用电压定向的SVP-WM调制技术进行控制。

系统的仿真参数为:异步电动机的额定功率和转速分别为22kW和1 750r/min, 额定电压和频率为380V和50 Hz。电机具体参数如下:Rs=0.525 7Ω, Rr=0.301 7Ω, Ls=4.9mH, Lr=4.9mH, Lm=116.6mH。转动惯量J=0.102kg/m2。当转速给定值为120r/s, 并且在0.5s突加70N/m负载时的转速、转矩以及电流波形如图2~4 所示。当转速在0.5s后从100r/s调节到120r/s, 并且转矩给定为70N/m时的转速、转矩以及电流波形如图5~7所示。在电动机0.5s时制动的转速、转矩以及电流波形如图8~10所示。

3 结语

由以上仿真结果可以看出, 本系统在启动电机、调节转速以及突加负载和停机时都可以获得很好的动态性能, 调速系统能够很好地跟踪给定转速, 验证了本设计的可行性和正确性。但是针对PI调节比例和积分两个参数仍然需要根据实际现场进行工程调试, 只有在理想的PI调节参数作用下才能达到预期效果。

摘要：针对目前采煤机调速系统普遍存在的弊端, 对采煤机交流调速系统进行了设计与研究。建立了三相异步电动机在旋转坐标下的数学模型, 并对异步电动机矢量控制变频调速系统进行软、硬件设计。利用Matlab软件对所设计的调速系统进行仿真, 验证了系统的可行性和正确性。结果表明, 系统在启动电机、调节转速以及突加负载和停机时都可以获得很好的动态性能。

关键词：采煤机,调速系统,SVPWM,矢量控制

参考文献

[1]Wang W H, Zhang D K, Cheng G, et al.The Dynamic Fault Tree Analysis of Not-Cutting Failure for MG550/1220Electrical Haulage Shearer[J].Applied Mechanics and Materials, 2011, 130-134:646-649.

[2]Vafakhah B, Salmon J, Knight A M.A New Space-Vector PWM with Optimal Switching Selection for Multilevel Coupled Inductor Inverters[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2010, 57 (7) :2354-2364.

[3]Vijaya Bhaskar Reddy K, Siva Krishna Rao G V, Surendra T S.Digital Simulation of Space Vector Modulation Based Induction Motor Drive[J].Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 2011, 3 (4) :330-337.

[4]Lv H L, Wang J L, Deng F.FacVector:An Enhanced User Vector Space Model in Recommender System[J].Journal of Convergence Information Technology, 2012, 7 (9) :92-100.

地铁车辆牵引电机过电流原因分析 篇7

1 牵引电机控制原理

1.1 逆变器控制原理

西安地铁二号线车辆的牵引控制设计为无速度传感器矢量控制, 即通过测量异步电动机定子电流矢量[1], 根据磁场定向原理分别对其励磁电流和转矩电流进行计算控制, 从而控制异步电动机的转矩。

牵引控制设计采用PWM脉宽调制控制, 为充分利用IGBT器件性能, 共选用3种调制控制模式, 分别是双极调制模式、同步脉冲模式和单脉冲模式 (见图1) , 分3个阶段进行控制:

(1) 第1阶段 (双极调制模式) :此模式中, PWM调制波与三角形载波不同步, 调制波振幅小于等于载波振幅, 输出电流/电压波形如图2 (A) 所示;

(2) 第2阶段 (同步脉冲模式) :此模式中, PWM调制波和三角形载波同步, 同时调制波振幅大于载波振幅, 输出电压/电流波形如下图2 (B) 所示;

(3) 第3阶段 (单脉冲模式) :如图2 (C) 所示, 输出电压波形与基本波形对应, 为180°通电波形, 此模式中, 输出电压最大 (100%) 。

1.2 逆变器控制过程

地铁车辆从开始运行到停止一般分为3个阶段, 逆变器要完成对牵引电机的5种控制模式[2], 其对应的运行模式和控制模式如图3所示。

模式Ⅰ:开始阶段固定扭矩控制。司控器手柄放置在牵引位, IGBT门极运行开始命令, 产生滑动频率, 牵引电机启动, 随着电机的加速, 逆变器开始通过保持逆变器输出电压 (V) 和逆变器频率 (f) 的比率启动固定控制模式。

模式Ⅱ:在减弱区控制范围内正常功率控制。当选择上述调制模式转到单脉冲模式时, 逆变器把牵引电机的电压加到最大值, 发生了从固定扭矩特性到固定电压特征的转变, 然后磁通量强度随着列车速度的增加而减小, 产生的扭矩也随着减小。这种模式下, 电机扭矩减小与速度成反比。

模式Ⅲ:惯性运行。司控器手柄回零, 车辆靠惯性运行, 在此期间, 发送给逆变器的门脉冲停止。

模式IV:再生制动范围内的固定频率控制。司控器调到制动位置, 再生制动运行过程中, 滑动频率被控制为负值 (在功率控制期间与滑动控制比较) , 异步电机用作为发电机以产生制动扭矩。

模式Ⅴ:在再生制动范围内固定扭矩控制。在脉宽控制器脉冲模式下, 执行固定电压/频率比率 (V/f) 控制, 逆变器控制输出固定的再生制动力。在再生制动末段, 逆变器停止工作, 此时为了补偿再生制动力的减小, 空气制动被启用。

1.3 故障检测原理

牵引逆变器分别设置有3个电流传感器来实时检测其三相电流的输出[3], 当列车在牵引或电制动状态, 任何一个电流传感器检测到电流大于1 700 A后, 系统将判断为MMOCD故障, 此时系统立刻关闭逆变器门极及线路接触器LB, 并记录故障发生前后一段时间各元件的状态。

2 过电流故障原因分析

2.1 故障现象

通过安排故障列车在试车线反复进行多工况下的试验[4], 发现速度在35 km/h左右时, 在模式Ⅲ惯性运行阶段, 操作主控手柄回零时, 易发生牵引电机过电流故障, 发生故障时牵引系统各监测参数变化的示波图如图4所示, MMOCD保护动作发生时的电流波形如图5所示。

2.2 故障原因调查

2.2.1 故障模拟调查

针对此问题, 进行了相关试验, 试验使用了系统模拟器, 其原理是将车辆牵引设备模块、电机及主电路模块各项参数输入到微机中, 模拟各设备在各种工况下的动作。微机与逆变器装置的逻辑控制单元连接, 从而监控并测试逻辑控制单元的硬、软件功能。在进行反复的模拟试验后, 回零时的电机过电流保护动作再现。

通过分析牵引逆变器控制的3个阶段PWM调制控制细节发现, 在电机转子频率到达60 Hz时, 将主控手柄回零, 逆变器图形执行关闭过程中, 励磁电流检测值和调制率2个参数突然急剧减小, 同时逻辑装置检测到MMOCD故障触发。由此可推测故障点的调制率急剧减小是造成设备检测到MMOCD故障触发的主要原因, 而此故障点正处于牵引控制的第2阶段, 即同步调制阶段。

2.2.2 同步调制过程分析

细化第2阶段同步调制控制过程, 可分为同步过调制和同步3P调制2个阶段。牵引控制由异步调制向同步过调制过渡是以同步9脉冲增加调制率的, 转换点对应的调制率数值Vc=76.0%;牵引控制由同步过调制向同步3P调制的转换点调制率数值为Vc=89.0%, 如图6所示。

当车辆速度在35 km/h左右时, 操作主控手柄回零, 牵引控制从同步过调制向同步3P的过渡, 随着频率提升, 牵引控制本来应该进入同步3P调制阶段的, 但由于此时调制率突然急剧降低到90%以下, 导致牵引控制同步过调制向同步3P过渡失败, 牵引控制突然由同步过调制转变成异步调制 (见图7、图8) , 从而引发电机过电流故障。

2.3 调查结果分析

调查分析结果确认, 在牵引控制的第2阶段同步调制控制中, 同步过调制向同步3P调制过渡时, 调制率突然急剧降低导致电机发生MMOCD故障。而调制率的变化究其原因是受调制脉冲控制的, 故对调制脉冲进行细化分析, 发现在调制模式过渡期间, 调制脉冲输出存在连续性差的问题 (见图9) , 脉冲的欠缺导致电机电流出现异常情况, 从而引发电机MMOCD故障发生。

3 整改措施

要避免MMOCD故障的发生, 就需要修改软件修正同步过调制向同步3P过渡时调制脉冲的连续性, 实现同步→同步过调制→异步的准确转换, 从根本上避免过渡过程中调制率急剧降低的问题, 实现2个阶段过渡的平滑、准确转换[5]。

通过修改VVVF控制系统软件, 在同步3脉冲生成模块中删除不要的异步脉冲, 再次组织试验, 结果良好 (见图10) 。在列车速度为35 km/h时, 主控手柄回零后, 滤波电容器电气振幅变小, 电机电流瞬时突变也消失了, 表明此次整改有效。

4 结束语

西安地铁车辆运营2年多以来, 发生牵引电机过电流故障的逆变器达37台, 经过多次试验和探讨分析, 提出了有效的预防措施, 取得了显著效果, 保障了地铁车辆的运营安全, 提高了乘坐的舒适性。

参考文献

[1]西安市地下铁道有限责任公司.西安地铁二号线车辆合同文件[G].西安:西安市地下铁道有限责任公司, 2008.

[2]秦孝峰.地铁车辆异步电机矢量控制系统研究[J].机车电传动, 2011 (6) :54-57.

[3]禹建伟, 张兴宝.西安地铁2号线车辆牵引逆变器保护探讨[J].城市轨道交通研究, 2013 (3) :116-120.

[4]陈明国, 许晓勤, 李军钱, 等.电机过电流的原因分析[J].机车电传动, 2011 (5) :55-56.