摘 要: 提出一套有軌電車的永磁同步電機(jī)優(yōu)化控制策略。在 d - q 軸電流平面內(nèi)分析永磁同步電機(jī)不同限制曲線 之間的關(guān)系和電流軌跡變化的情況; 以轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)，在以 MTPA 曲線、電流極限圓和電壓極限橢圓為邊界的區(qū) 域內(nèi)根據(jù)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線規(guī)劃電流軌跡; 采用 MTPA 控制和優(yōu)化弱磁控制相結(jié)合的算法進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn); 以青島超級(jí)電容儲(chǔ)能式膠輪有軌電車為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)該方法進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行考核，永磁同步電機(jī)實(shí)際輸出 轉(zhuǎn)矩能準(zhǔn)確地跟蹤給定轉(zhuǎn)矩，且 MTPA 控制和優(yōu)化弱磁控制能平穩(wěn)運(yùn)行及切換，證明了所提方法的有效性和實(shí) 用性。

　　關(guān)鍵詞: 永磁同步電機(jī); 有軌電車; 優(yōu)化弱磁控制; 超級(jí)電容儲(chǔ)能式膠輪有軌電車

　　0 引 言

　　目前，在永磁同步電機(jī)方面的控制策略較多， 如負(fù)直軸電流補(bǔ)償法控制、直軸電流分量等于零控 制、梯度下降法控制和功角控制法等[1-3]，以及文獻(xiàn) [4]提出的定交軸電壓給定法弱磁控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)永磁同步電機(jī)的控制，但多數(shù)常以轉(zhuǎn)速為控制目標(biāo)， 或者存在電壓利用率不充分等缺點(diǎn)。

　　本文根據(jù)以上控制方法的特點(diǎn)和有軌電車的車 體慣量大、運(yùn)行路況復(fù)雜多變、爬坡能力要求高以 及對(duì)直流電壓利用率要求高的特點(diǎn)，提出一種適用 于該車輛行駛工況的以轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)的優(yōu)化控制策略，采用最大轉(zhuǎn)矩電流比 MTPA 控制和一種較新 穎的優(yōu)化弱磁控制相結(jié)合的方法，提高變流器直流 側(cè)電壓利用率與電機(jī)負(fù)載能力，降低電機(jī)損耗，使 電機(jī)獲得較好的控制性能和牽引續(xù)航能力而更具 優(yōu)勢(shì)。

　　1 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及工作 特性

　　在基速以下恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，存在一個(gè)工作點(diǎn)使電機(jī) 在輸出相同的轉(zhuǎn)矩下定子電流幅值最小，可以減小 電機(jī)運(yùn)行中的銅耗，提高逆變器效率，降低系統(tǒng)能 量損耗。

　　2 有軌電車的永磁同步電機(jī)電流軌跡規(guī)劃

　　有軌電車在行駛過(guò)程中，駕駛員通過(guò)改變牽引 加速踏板行程來(lái)同時(shí)控制 2 臺(tái)永磁同步電機(jī)運(yùn)行， 以獲得相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和動(dòng)力輸出。電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩外 特性曲線給出了電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下可輸出的最大轉(zhuǎn)矩。

　　3 有軌電車的永磁同步電機(jī)控制算法

　　優(yōu)化與實(shí)現(xiàn) 根據(jù)該有軌電車的運(yùn)行需求特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中電 機(jī)控制在 MTPA 階段和恒扭矩弱磁階段運(yùn)行。

　　4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

　　中車四方機(jī)車車輛有限公司研制的超級(jí)電容儲(chǔ) 能式膠輪有軌電車，整車由弓網(wǎng)經(jīng)高壓箱或者由超 級(jí)電容提供 750V 直流電源; 一臺(tái)車輛設(shè)計(jì)有 2 套牽 引變流器，各控制一臺(tái) 4 對(duì)極凸極式永磁同步電機(jī)， 2 臺(tái)牽引變流器都有各自的控制單元，可以同時(shí)運(yùn) 行且相互獨(dú)立。根據(jù)該牽引控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)兩套完 全相同的牽引變流器控制算法用于控制。以青島超級(jí)電容儲(chǔ)能式膠輪有軌電車為控制對(duì) 象，對(duì)牽引控制算法進(jìn)行研究與驗(yàn)證。控制單元硬 件采用 DSP28335 + FPGA 的架構(gòu)，牽引變流器采用了 IGBT 的兩電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　交通方向評(píng)職知識(shí)：交通工程專業(yè)職稱評(píng)審?fù)ㄖ?/a>