摘要：针对地铁牵引试验的要求，提出了“双逆变器电机”结构的地铁牵引试验平台设计方案。基于笼型异步电机，采用转子磁场定向矢量控制方法，建立了matlab/simulink环境下的地铁牵引试验平台仿真模型，并进行了地铁列车牵引过程和制动过程的仿真。仿真结果验证了设计方案的有效性和正确性。

关键词：双逆变器一电机；笼型异步电机；转子磁场定向；仿真；牵引；制动

中图分类号：tm343; tp271+4    文献标志码：a    文章编号：1001-6848( 2010) 06-0082,-03

    随着我国城市化步伐的不断加快，城市人口规模急剧膨胀，以公交、出租车为代表的传统城市公共交通工具已不堪重负。因此，具有运量大、速度快、占地少、安全可靠、准点率高、乘坐舒适、绿色环保等优势的地铁一经出现，便成了国内各大中城市破解城市公共交通难题的旨选。地铁列车作为一种电力传动动车组，是以电力传动方式来实现电能机械能的变换及传递的。长期以来，地铁中主要采用直流传动方式。然而，随着电力电子器件、高性能矢量控制算法以及相关技术的发展，交流电机的控制性能已经可以与直流电机相媲美，而且其具有功率密度高、成本低、可维护性好、受环境制约小等直流电机没有的优点，上述因素使得交流传动逐步取代了直流传动在地铁中的主导地位。地铁列车作为一种大功率交流传动系统，在正式投用之前必需进行各种试验来了解系统与部件的特性以及与外部环境的相互关系，而各种试验都离不开大功率交流传动试验平台。

    目前，国内的大功率交流传动试验平台可分为两种：一种是耗能型，另一种是馈能型。前者是在被试电机轴端对接一直流发电机，直流发电机的轴端接阻性员载，通过调节直流发电机的励磁电压来调节其输出转矩。但直流发电机发出的电难以被二次利用。这种浪费在地铁这样的大功率系统中尤其严重。后者是在被试电机轴端对接一个由直流发电机一直流电动机交流同步发电机构成的能量回馈系统，把电能同馈给电网。通过调节负载电机组的三个励磁电压来调节其输出转矩，并维持同步发电机的频率稳定。这种试验方式控制非常复杂，成本昂贵。而直流电机的存在也限制r电机高速运行工况的试验。另外，二者在进行大功率试验时，均需较大的配电容量。

    本文基于matlab/simulink r2007a构建了一种“双逆变器电机”结构的地铁牵引试验平台。该平台陪试部分采用了笼型异步电机，克服了上述两种传统交流传动试验平台由于直流电机带来的种种缺点，具有能量消耗低、调速范围广等优点，为进行各种试验提供了便利。

    地铁牵引试验平台的系统结构如图1所示，由直流电源dc，变流器inv1、inv2及对应的控制器ctr1、ctr2，被试电机m1陪试电机m2组成，其中m1、m2为异步电机。m1采用双露闭环控制（外环为转速，内环为转矩），模拟实际地铁列车的牵引装；m2采用转矩闭环控制，模拟地铁列车运行过程所受阻力和负载。

 

    为了说明地铁牵引试验平台的工作原理，在此做一些符号上的假定。假定inv1、inv2输出的交流电频率分别为，f1、f2，m1和m2的轴端转速折算后的等效频率为六通过ctr1、ctr2对inv1、inv2施加不同的控制策略来控制f1、f2的相对大小。

    其中，m1的转差频率

    m2的转差频率

  

    根据异步电机的基本作用原理：当转差频率大于零时，异步电机处于电动机运行状态；当转差频率小于零时，异步电机处于发电机运行状态。当需要模拟地铁列车牵引过程时，通过施加一定的控制策略必然分于f1和f2之间，即δf1>0，δf2<o，从而可以推得m1处于电动机运行状态，m2处于发电机运