城市轨道交通地铁牵引逆变器控制方法应用研究

胡恒亮

摘 要：在城市轨道交通中，牵引逆变器控制策略是主传动系统的重要组成部分。在实际的应用中，决定着城市轨道车辆的供电质量、运行质量。本文主要探讨了城市轨道交通地铁列车牵引逆變器控制方法，分析了VVVF逆变器控制方式、主传动系统控制方式。

关键词：城市轨道；地铁；牵引逆变器；控制方法；VVVF逆变器

一、VVVF逆变器控制方式

某地铁列车的运行速度为82km/h，平均速度为35km/h—40km/h，列车的速度主要由逆变器控制。将牵引电机的转速、直流电压、逆变器三相等信息输入在逆变器的控制电路中，逆变器能够按照运行指令，将频率指令转化为PWM开关信号，进而实现逆变器开关的控制，电机速度的控制。控制方式主要如下表1所示。

二、牵引逆变器控制方式

在城市轨道牵引列车中，最常见的逆变器有两种，主要包括：（1）“1+4”

1台逆变器，4台电机。（2）“1+2”1台逆变器，2台电机。通常情况下，电机的额定容量为180kW。由此可见“1+4”方案的逆变器容量为1000kVA，“1+2”方案的逆变器容量为500kVA，为了满足当前绿色发展理念，节省城市轨道车辆的运行成本，应该选择“1+2”控制方案。

主要是因为，就当前城市轨道车辆结构而言，属于四轴车轮，“1+4”方案与“1+2”方案相比较，后者能够充分利用轮、轨之间的粘连系数，能够为牵引力的发挥奠定基础。由于每台逆变器的散热器会散去一半的热量，若是采取“1+4”方案会增加散热负担。目前，城市轨道列车采取的是六辆编组（即为“三动三拖”），若是在运行中城市轨道交通列车的1台逆变器发生故障，执行切除运行，“1+4”方案将损失1/3的牵引力，“1+2”方案将损失1/6的牵引力。由此可见第二种方案的优势更大。

三、主传动系统控制方式

（1）滑差频率控制方式

早期，电流型、电压型的供电异步牵引电机采取的是滑差频率控制方式，是在U/f恒定定义上开展，通过对滑差I进行控制，就能够调节转矩。通过分析调速理论能够得知，在U/f恒定定义的基础上，保持气隙内的磁通值，在滑差不变的情况下，能够实现转矩的恒定启动、调速，将电机功率发挥出来，满足了定转速之后，额定电压就会保持不变。若是继续加快转速，就会直接进入弱磁区域。通过实践得知，这类控制方式的动态性不强，在调节过程中过渡阶段耗时较长。

（2）旋转矢量控制方式

矢量控制是通过测量（控制）异步电动机内的定子电流，在磁场定向原理的基础上，控制异步电动机、电流（包括：励磁电流、电枢电流），以此实现控制异步电动机的目的。控制流程是：先将异步电动机内的定子电流矢量分解出来，使其产生励磁电流、转矩电流，对两种电流进行控制，包括幅值、相位的控制，如此就实现了对定子电流矢量的控制。目前应用较为普遍的为传感器矢量控制、转矩矢量控制、数字电压调整控制。其中无线传感、转矩矢量控制能够提升异步电动机的性能、技术，采取针对性的控制方式。数字电压调整控制技术能够有效防止电动机出现转速偏差，以此控制电动机的平滑速度。

（3）转矩直接控制方式

直接转矩类型属于直接控制，是以转矩为核心，实现磁链、转矩两者的综合控制。同其他的控制方式不同，直接矩阵控制不会采取解耦的方式，因此，在算法上不用进行坐标转换。直接转矩技术是借助空间矢量、磁场定向（定子）的分析方式，在定子坐标的基础上建立电动机（异步）数学模型，实现电动机（异步）磁链、转矩的计算与控制、采取离散两点调节器，将转矩的波动控制在一定范围内。波动控制效果主要取决于转矩的实际情况，不需要交流、直流电动机的转换，也不需要模仿直流电动机控制方式，如下图2所示。由此可见这类控制方式的结构简单，且信号处理、概念明确，属于一种高动态性能的控制方式。

结束语

综上所述，从本文的分析能够得知，牵引逆变器的控制策略与主传动系统的运行性能有着密切的关系。在城市轨道交通主传动系统控制中，转矩控制方式属于主要控制策略，具备较好的应用前景。endprint