干线牵引电机车双电机驱动控制方法的设计

干线牵引电机车双电机驱动控制方法的设计

王东

王东

深圳市新能安华技术有限公司

摘要：随着社会的发展，铁路运输方面一直在为我国交通运输业中发挥着重要作用，便利了人们出行的需要和商品贸易的运输。干线牵引电机车在货物运输方面是非常重要的运输工具，具有一定的稳定性和承重能力。随着经济高速发展，特别是物流运输方面突飞猛进，这既给铁路运输方面带来了机遇，也是对铁路运输的挑战。本文对双电机系统进行了创新与设计，该如何满足运输对电机的要求，如何提高机车方面的牵引力、增加运输的效率这些也是将来铁路运输也需要长期努力的工作方向。

关键词：干线牵引；发展；双电机驱动；设计

1、关于机车牵引动力的发展历程

我国的铁路运输业经过了几十年的发展与创新，牵引动力相比以往已经发生了天翻地覆的变化，从最原始的蒸汽动力机车开始，发展为内燃动力机车，到目前已发展为电力机车，这也是我国有关铁路机车的发展历程。

我国自建国就已经出现了初始的蒸汽机车，蒸汽动力机车在社会主义建设初期就在为铁路运输方面做出了贡献。蒸汽机车是通过将燃料的化学能转换为热能，再通过蒸汽机转换为机械能，为动力机车提供牵引力。不过蒸汽机车的机车热效率很低，不能满足运输的需求，很多厂家为提高蒸汽机车的热效率进行了研究创新，也始终无法增加蒸汽机车的热效率。而蒸汽机车主要是通过燃烧煤炭产生能量，在燃烧的过程会对大气造成污染，破坏生态环境。为能适应社会发展的需要，出现了内燃动力机车，内燃机车是通过燃烧大量气体，将气体产生的能量转换为牵引动力的。内燃动力机车从1958年起就出现了，通过时代的变迁发展，我国内燃机动力机车在功率和稳定性方面都有了大大的提升。同时内燃机车也出现了保障机车安全运行的电阻，我国开始步入铁路运输的现代化，同时也开创了我国铁路机车发展的新纪元。

在1961年，经过经济和社会的高速发展，电力牵引的发展十分迅速，我国研制出了电力机车。电力机车是可以通过外界来获取电力能源再传输到电动力，为机车运行提供动力，是需要通过铁路供电系统来获取非自带能源。电力机车相比蒸汽机车与内燃机车的性能以及改良到非常适应时代的发展，目前我国虽然已经开发研制出了可以承担起绝大部分铁路客货运输量地电力机车，在为人们的生活出行与运输带来了便利，但渐渐传统的牵引动力已经无法适应当今运输业的发展，提高并完善电机车的牵引动力也是我国铁路运输发展工作的首要目标。

2、机车牵引动力的发展与创新

2.1保障机车运行安全

铁路运输和航空运输、水路运输不同，铁路运输具有运输速度快、载重量大的特点。如何在实现高速和最大可能重载的情况下，保障机车运行的安全性也是当今发展需要重视的问题。牵引动力技术的发展前提是需要确保安全性，否则会造成严重的安全事故。在发展方面不能只一味地提升铁路系统的速度，从而会忽视在制动方面产生的问题。铁路机车牵引动力在发展的过程中应该进行合理的规划、适度的发展，务必要保障机车运行的安全。

2.2加强网络的控制

在现代高速动车组合与重载货运的列车中也广泛运用了计算机网络的控制技术，对运输的控制能力大大提高，机车中的相关设备都已经可以通过网络相连接，形成可以实时监控并进行控制的操作平台，这实现了机车的系统化、信息化和智能化。例如在当前的日本，对运输调度的指导和对相关方面的检修都可通过网络来调取实时信息，极大程度地方便了工作人员对运输过程中的指导和监测，有效减少了事故的发生。

2.3对交流电动机的研究

一般电机车的性能与机能效率，都在一定程度上影响着工作效率。目前来看，国际上的主流形式是要通过异步交流，来进行牵引电动机系统的调速。该系统采用了矢量控制、直接力矩等先进技术，另外，该系统也大幅度地采用了可以集成电路高速运算地专用芯片，能够对三相交流传动系统控制性、抗干扰能力以及调节的特性得到进一步的完善，有利于机车在运输过程的安全性。传统的直流调阻逐渐会被交流牵引电机车所代替。空间控制程度的不同与轨距宽度的不同都会影响到电机车的性能，如果只采用一台电机驱动和一个轮轴，可以提升电机运行的速度与成本，来采用使用一台变频器来控制多台电机的方法。目前来看，我国需要提高交流传动技术系统的设计能力，来不断提高并完善交流电动机调速控制的技术，这也将是我国机车今后发展和创新的重要趋势。

3、干线牵引电机车

3.1牵引电机的工作原理

牵引电机车在控制方面的方法是具有多样性的，在对所研究的对象控制上也是极其相似的，都会采用同样的一台电机做为模型，为了能够让牵引电机车提高自身运作的可靠性，通常都会采用异步电机，而电机的动态模型具有强耦合、非线性等特点，需要根据产生磁动势相等的原则，来进行相关的坐标简化工作。

调速是需要通过磁场来进行控制的，为了能够对异步电动机磁场进行精准的调节与控制，就必须要对位置与数值进行实时监测，确保真实准确性。如果需要直接检测，很可能会被实际中的一些工程技术所影响，所以需要通过采用磁链的模型来进行分析与计算。

3.2关于干线牵引电机车的矢量控制

通过对异步电动机三相坐标的研究，将其转换为两相旋转坐标的模型，为了能够对其控制，需要对通过磁场产生的电流以及转矩分量的电流幅值进行一定程度的控制，在矢量变换的基础上，对相关定子电流的矢量进行控制，这样的控制方式被称为对干线牵引电机的矢量控制，这种控制方法在电机控制方面也是比较先进的。在干线牵引电机车方面，采用矢量的控制可以最大程度满足运输工作中对电机车性能的需要。

3.3关于干线牵引电机车双电机系统

通过对异步电机等效直流电机的研究，搭建出对双电机矢量的控制系统，系统通过模型进行实验研究，通过实验可以看出，在主控制电机和被动控制电机参数设计相同的情况下，如果两者所承受的负载能力是平衡的，两具实验电机都具有低速转矩的工作性能，在模型下通过采用一定矢量控制，就可以实现牵引电机车对牵引电机动力的需求。

通过建立牵引机车相关的控制系统仿真模型，并对关键系统问题进行研究与分析，能够在实际生活中为系统的设计提供合理依据与数据进行参考。平均模型下的矢量控制，以及调速系统控制的方案能够得到一定程度简化，并通过对双电机单逆变器控制系统模型的建立，在运用简化平均电机模型时能够保障两台电机参数一致，就可以做到让电机车具有良好的工作性能，满足牵引电机车对电机性能动力的需求。

4、结语

本文通过仿真软件，针对双电机拖动系统模型进行了相关建设和研究，通过采用矢量控制算法，验证了系统可以满足干线牵引对电机车的要求并能具有一定的抗干扰性。经过实验，可以看出与传统的电机车不同，双电机驱动的牵引性能比较强，做工作运作过程中，电流增大可以使牵引力也增大，如果将牵引速度控制在固定的数值之内，交流传动电机车低速大转矩起动时起动电流比起直流传动电机车来讲，起动电流会变小，甚至达不到直流传动电机车的一半，能够有效控制能源的节约。通过对控制系统的调速了解，能够建立更利于市场发展需求的控制系统，有效地提高功率，节约能源，更能实现相关工作的可持续性发展。

参考文献

[1]马莹.干线牵引电机车双电机驱动控制方法的设计[J].中国新技术新产品,2016(23):5-6.

[2]宗剑.矿山牵引电机车控制系统的研究[D].上海大学,2014.