[發明專利]一種干線高速車輛的永磁同步牽引系統

有效

• 申請號: 201010184481.8
• 申請日: 2010-05-21
• 公開（公告）號: CN101834552A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 丁榮軍;馮江華;劉可安;許峻峰;張朝陽;李益豐;符敏利
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H02P5/46
• 分類號: H02P5/46;H02P27/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明;王寶筠

技術領域

本發明屬于干線高速車輛領域，尤其涉及一種干線高速車輛的永磁同步牽引系統。

背景技術

由于永磁同步電機具有高效率、高功率因數的特點，將永磁同步電機應用于牽引系統，一方面可以保持齒輪直接替代異步電機，從而提高系統效率，降低能耗，實現牽引電機的全封閉結構；另一方面可以省去齒輪箱，實現直接傳動，從而提高系統傳動效率，減少系統維護工作，降低系統的壽命周期成本。

永磁同步電機在控制過程中由于受到電壓極限值U_smax(即電機穩態運行時端電壓U_s的極限值)的限制，不可能無限制地升速，電機的反電勢將不斷升高，當電機轉速到達ω_r1時，即n_p·ω_r1·ψ_s＝U_smax時，電機兩端的反電勢等于逆變器的電壓極限值。如果要求轉速繼續升高，必須減弱定子磁場ψ_s才能保證n_p·ω_r1·ψ_s≤U_smax成立。當電機轉速ω_r＜ω_r1時，電機運行在恒轉矩區域，采用線性最大轉矩電流比控制可以使永磁同步電機獲得最大的電磁轉矩T_emax。當電機轉速ω_r≥ω_r1時，電機進入恒功率運行區域，需要采用弱磁控制，適當控制電流i_d，減小i_q，輸出轉矩減小，輸出功率P保持不變，其中i_d和i_q分別為定子電流在d和q軸的分量。圖1示出了永磁同步電機弱磁控制過程中的功率、轉矩和電壓變化關系的曲線。為了保證即使在短路的情況下，永磁同步電機的電壓極限橢圓的圓心位于電流極限圓內，則當轉速進一步提高時，電壓極限橢圓和電流極限橢圓之間無交點，依據最大輸出功率控制原則，交直軸電流i_d和i_q依據軌跡BC變化(參見圖2)。當轉速ω_r＝ω_r2時，i_q＝0，此時輸出轉矩為0，電機輸出有功功率也為零。弱磁升速過程就是保持電機端電壓不變、而降低輸出轉矩的過程，同時也是調整d軸和q軸電流在受限狀態下分配關系的過程，如圖2所示。

另外，永磁同步牽引系統在干線高速車輛應用過程中有別于異步牽引系統，永磁同步電機屬于同步電機，電機的供電頻率和旋轉速度嚴格成正比；另外，永磁同步電機由于采用永磁體勵磁，其磁場始終存在，由于永磁同步電機的勵磁無法管段，既是外部不供給電源，永磁同步電機的永磁體也能使定子線圈產生交鏈磁通，只要其旋轉，端子就會產生感應電壓，這種電壓稱為空載感應電壓，空載感應電壓的大小取決于永磁體產生的磁場和電機的轉速。在永磁同步牽引系統中，空載感應電壓可能帶來如下問題：1、逆變器出現故障時，電機向故障點供電，導致故障影響的擴大；2、空載電壓的峰值超過逆變器元件的耐壓值，會損壞元件；3、增加了電機在高速時重新投入控制的困難程度；4、當電機發生匝間短路時，空載電壓的存在有可能造成故障的擴大。因此，在設計干線高速車輛永磁同步牽引系統時需要對空載感應電壓進行合理的選擇。再者，短路電流也是影響永磁同步牽引系統的關鍵性因素。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供一種干線高速車輛的永磁同步牽引系統，該系統的關鍵參數選擇能夠大幅提高系統的整體性能。

為實現上述目的，本發明提供一種干線高速車輛永磁同步牽引系統，包括：多臺逆變器和分別由每臺逆變器單獨控制的相應的永磁同步電機，所述永磁同步電機采用低空載感應電壓電機。

優選地，所述永磁同步電機最大轉速時的空載感應電壓經過二極管整流產生的電壓不超過輸入到牽引逆變器的直流電壓的最低值。

優選地，所述輸入到牽引逆變器的直流電壓的最低值為1300V，所述永磁同步電機最大轉速時的空載感應電壓為930V。

優選地，所述永磁同步電機的定子鐵芯長度為140mm。

優選地，所述永磁同步電機的三相對稱短路穩態電流與永磁同步電機穩態運行時的定子電流最大值相等。

優選地，在所述每個永磁同步電機與每臺相應的逆變器之間還串聯設置負載接觸器。

本發明實施例提供的干線高速車輛永磁同步牽引系統的整體性能得到了較大的提高。

附圖說明