[发明专利]一种干线高速车辆的永磁同步牵引系统

说明书

技术领域

本发明属于干线高速车辆领域，尤其涉及一种干线高速车辆的永磁同步牵引系统。

背景技术

由于永磁同步电机具有高效率、高功率因数的特点，将永磁同步电机应用于牵引系统，一方面可以保持齿轮直接替代异步电机，从而提高系统效率，降低能耗，实现牵引电机的全封闭结构；另一方面可以省去齿轮箱，实现直接传动，从而提高系统传动效率，减少系统维护工作，降低系统的寿命周期成本。

永磁同步电机在控制过程中由于受到电压极限值U_smax(即电机稳态运行时端电压U_s的极限值)的限制，不可能无限制地升速，电机的反电势将不断升高，当电机转速到达ω_r1时，即n_p·ω_r1·ψ_s＝U_smax时，电机两端的反电势等于逆变器的电压极限值。如果要求转速继续升高，必须减弱定子磁场ψ_s才能保证n_p·ω_r1·ψ_s≤U_smax成立。当电机转速ω_r＜ω_r1时，电机运行在恒转矩区域，采用线性最大转矩电流比控制可以使永磁同步电机获得最大的电磁转矩T_emax。当电机转速ω_r≥ω_r1时，电机进入恒功率运行区域，需要采用弱磁控制，适当控制电流i_d，减小i_q，输出转矩减小，输出功率P保持不变，其中i_d和i_q分别为定子电流在d和q轴的分量。图1示出了永磁同步电机弱磁控制过程中的功率、转矩和电压变化关系的曲线。为了保证即使在短路的情况下，永磁同步电机的电压极限椭圆的圆心位于电流极限圆内，则当转速进一步提高时，电压极限椭圆和电流极限椭圆之间无交点，依据最大输出功率控制原则，交直轴电流i_d和i_q依据轨迹BC变化(参见图2)。当转速ω_r＝ω_r2时，i_q＝0，此时输出转矩为0，电机输出有功功率也为零。弱磁升速过程就是保持电机端电压不变、而降低输出转矩的过程，同时也是调整d轴和q轴电流在受限状态下分配关系的过程，如图2所示。

另外，永磁同步牵引系统在干线高速车辆应用过程中有别于异步牵引系统，永磁同步电机属于同步电机，电机的供电频率和旋转速度严格成正比；另外，永磁同步电机由于采用永磁体励磁，其磁场始终存在，由于永磁同步电机的励磁无法管段，既是外部不供给电源，永磁同步电机的永磁体也能使定子线圈产生交链磁通，只要其旋转，端子就会产生感应电压，这种电压称为空载感应电压，空载感应电压的大小取决于永磁体产生的磁场和电机的转速。在永磁同步牵引系统中，空载感应电压可能带来如下问题：1、逆变器出现故障时，电机向故障点供电，导致故障影响的扩大；2、空载电压的峰值超过逆变器元件的耐压值，会损坏元件；3、增加了电机在高速时重新投入控制的困难程度；4、当电机发生匝间短路时，空载电压的存在有可能造成故障的扩大。因此，在设计干线高速车辆永磁同步牵引系统时需要对空载感应电压进行合理的选择。再者，短路电流也是影响永磁同步牵引系统的关键性因素。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种干线高速车辆的永磁同步牵引系统，该系统的关键参数选择能够大幅提高系统的整体性能。

为实现上述目的，本发明提供一种干线高速车辆永磁同步牵引系统，包括：多台逆变器和分别由每台逆变器单独控制的相应的永磁同步电机，所述永磁同步电机采用低空载感应电压电机。

优选地，所述永磁同步电机最大转速时的空载感应电压经过二极管整流产生的电压不超过输入到牵引逆变器的直流电压的最低值。

优选地，所述输入到牵引逆变器的直流电压的最低值为1300V，所述永磁同步电机最大转速时的空载感应电压为930V。

优选地，所述永磁同步电机的定子铁芯长度为140mm。

优选地，所述永磁同步电机的三相对称短路稳态电流与永磁同步电机稳态运行时的定子电流最大值相等。

优选地，在所述每个永磁同步电机与每台相应的逆变器之间还串联设置负载接触器。

本发明实施例提供的干线高速车辆永磁同步牵引系统的整体性能得到了较大的提高。

附图说明