地铁车辆牵引试验系统研究

论文摘要

随着科技的进步和城市的规模不断扩大，特别对于大城市，城市轨道交通的作用越来越大,成为市民出行的首选，而城市轨道交通的国产化也越来越迫切。地铁车辆牵引系统是城市轨道交通的核心，也是城市轨道交通车辆国产化的难点和重点，本论文参考上海地铁2号线和国内外众多牵引系统，最后按照1比1的设计地铁牵引系统，包括12脉波变压器、整流器、直流回路、逆变器、四台190KW牵引电机、三级惯性飞轮、钢板台架、阻尼电机、阻尼电机控制变频器。本论文研究的地铁车辆牵引试验系统，其软件控制是通过上位机来实现的，通过IN板卡和单片机对电机转速转矩进行采集，得到的数据通过总线和串口跟上位机进行通信，最后达到控制的目的。本文的具体工作内容如下：1．对城市轨道交通交流供电和直流供电进行了分析，为试验系统的硬件设计做好了理论基础。也对地铁牵引电机的矢量控制和直接转矩控制进行了分析，为牵引电机的矢量控制仿真提供了理论依据。分析了城市轨道车辆运行负载的阻力，并建立了负载阻力数学模型。为牵引试验系统的建立奠定了理论基础。2．在理论分析的基础上，运用Matlab/simulink搭建了牵引电机三电平逆变器矢量控制的模型，得出了三电平逆变器输出电压电流的波形，也得出了牵引电机矢量控制的性能。为后来的实际测试做好了基础。3．参考上海地铁2号线和其他国内外牵引系统的技术资料，对牵引电机、牵引电机控制器、负载系统和惯量系统(三级飞轮)等硬件进行了设计和选型，建立了地铁车辆牵引试验系统的硬件平台。4．基于虚拟仪器技术，在单片机和NI板卡上实现了牵引电机转速、电流、电压等数据的采集和对牵引电机转速、负载电机转矩的控制，利用LabVIEW软件进行了程序的设计。依据地铁车辆运行时的不同转速和运行线路工况产生的阻力推导出牵引电机的负载转矩给定值，通过对负载电机转矩的闭环控制实现对牵引电机负载阻力的实时加载。5．对30kW模拟地铁车辆牵引系统做实验，实验工况有轻载、满载、超载三种，得到了不同工况下的实验数据。实验还可以进行负载加载实验，得出了负载转矩与牵引电机转速之间的关系。最后把得出的实验结果在Origin绘图软件对进行绘图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外地铁车辆牵引技术国内外发展现状
• 1.3 本文的研究意义及主要工作
• 1.3.1 课题的意义
• 1.3.2 本论文的工作
• 第二章 地铁牵引理论基础
• 2.1 城轨交通牵引供电系统
• 2.2 负载特性
• 2.2.1 列车的基本阻力
• 2.2.2 列车的附加阻力
• 2.3 惯量特性
• 2.4 牵引电机控制方式
• 2.4.1 矢量控制基本原理
• 2.4.2 直接转矩控制基本原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 地铁三电平逆变器异步电机矢量控制分析与仿真
• 3.1 三电平牵引逆变器 SVPWM 控制和牵引电机矢量控制的模型建立
• 3.1.1 三电平牵引逆变器的空间电压矢量模型
• 3.1.2 三电平 SVPWM 算法实现
• 3.1.3 异步电机矢量控制模型
• 3.2 模型仿真及结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 地铁牵引试验系统硬件设计
• 4.1 地铁牵引试验系统总体设计方案
• 4.2 牵引电机的选择
• 4.3 牵引电机控制单元设计
• 4.3.1 参考资料
• 4.3.2 控制单元主要电路分析和参数设计
• 4.3.3 CHV100 变频器的原理和技术参数
• 4.4 负载系统的设计
• 4.5 惯量系统的设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 虚拟测控平台的开发
• 5.1 牵引试验系统控制平台整体设计
• 5.2 虚拟仪器的介绍
• 5.2.1 虚拟仪器的基本概念
• 5.2.2 虚拟仪器的系统构成
• 5.3 测控系统的硬件组成及选择
• 5.3.1 数据采集系统
• 5.3.2 试验系统专用传感器
• 5.4 软件模块设计
• 5.4.1 LabVIEW 应用程序的基本构成
• 5.4.2 测控软件的功能结构
• 5.4.3 工作模块设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 模拟牵引系统实验结果分析
• 6.1 试验过程
• 6.2 实验结果与分析
• 6.2.1 地铁牵引特性曲线分析
• 6.2.2 负载特性曲线测试
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
• 致谢