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摘要地铁主传动系统由牵引逆变器、微机控制驱动装置、牵引电动机等部件组成，牵引逆变器的控制策略是主传动系统的重要组成之一。
首先，本文说明了牵引逆变器控制的现状，指出了目前地铁牵引逆变器主要采用VVVF的两电平逆变器。
牵引逆变器的控制方法有滑差频率控制、转子磁场定向的旋转矢量控制和直接转矩控制等控制方法。
其次，在三种控制方法中，轨道交通机车中应用最广泛的是矢量控制，本文将以阿尔斯通机车为依托，具体分析矢量控制在轨道交通机车中应用。
关键词：地铁，电力牵引，逆变器控制，矢量控制ABSTRACTThe devices of the main driver system in subway mainly consist of traction inverter driver ，equipment with micro-computer control and traction motor. Traction inverter control strategy is one of the important component of the main drive system.Firstly，this paper reports the development and actuality of main traction inverter driver，indicates the traction inverter in Chinese metro is two-level inverter of VVVF，The control methods，including control of frequency slope，roto field-oriented vector control and direct torque control，is applied to main drive system.Secondly, in the three control methods, the best far-ranging device in Chinese metro is vector control. this paper reports the appliance of the vector control in shanghai alasm metro.Key words: metro，electric traction，inverter control，vector control目录1 绪论 (1)1.1地铁发展的背景和发展概况 (1)1.2地铁车辆牵引传动系统的发展 (2)1.3本文的研究意义和主要研究内容 (3)2粘着技术 (5)3轨道交通牵引逆变器力矩控制方法的比较 (7)3.1滑差控制（滑差频率-电流控制） (7)3.2转子磁场定向的旋转矢量控制 (8)3.3直接转矩控制 (9)3.4三种主要控制的比较 (9)4逆变器控制在阿尔斯通轨道机车中的应用 (11)4.1 轨道交通机车对牵引系统控制的要求 (13)4.2 轨道交通牵引电机的特点 (13)4.3矢量控制在轨道交通机车中的应用 (16)4.4轨道交通矢量控制的仿真试验波形 (22)4.5采用矢量控制方式的轨道交通机车在实际运行中的应用 (30)4.6矢量控制在轨道交通机车中遇到的问题以及解决办法 (34)5 结论 (36)参考文献 (37)1 绪论作为城市公共交通系统的一个重要组成部分，在我国国家标准《城市公共交通常用名词术语》中，将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称。
SS4B 型电力机车变流装置简介TGZ4B型变流装置（简称4B变流装置）是SS4B型电力机车的主要部件之一。
该装置由大功率整流管和晶闸管及其附件所组成，具体有以下功能部分：1.供给牵引电机牵引整流和相控电压调节或制动整流和相控电流加馈功能部分；2.功率因数补偿装置的晶闸管开关功能部分；3..电阻制动励磁电源功能部分。
4B变流装置供给牵引电动机的电路为不等分三段半控桥，功率因数补偿装置为晶闸管交流开关，制动励磁电源为半控桥。
一、变流装置的组成（一）牵引电动机供电电路《SS4B型电力机车》第213页图8-1变流装置主电路图是供给机车一个转向架两台牵引电动机的相控整流调压电路。
它由牵引变压器的两大段绕组供电，即a1—x1和a2—x2，其中a1—x1绕组的中点处有一个抽头，这样共有五个抽头，每个抽头接向两个整流桥臂的中点，则共有10个桥臂，这种路就是所谓不等分三段半控桥，它有三个半控整流桥串联工作，它们的输出电压是迭加的。
这种电路有以下优点：1.牵引时随着机车速度的增加各段桥按顺序投入，当机车低速小电压时也可使一段桥的晶闸管满开放，则每段桥的晶闸管均工作在最大导通角状态，从而减少电路谐波分量，提高功率因数。
2.分段串联整流桥在同样的输出电压下可依次降低桥臂半导体器件承受的反向电压值，从而减少桥臂串联器件数及其因串联所需的附件，或者可以选用电压较低的半导体器件。
3.在同一半控桥内采用两个整流臂和两个可控臂分别串联的联接方式，对于大功率的机车整流电路而言，在换流过程中整流臂可以起到续流作用，不必要另外增加续流器件。
牵引电动机整流电路是这样工作的：1.机车起动开始首先对T5、T6、D3、D4半控桥进行移相调压。
随着T5、T6晶闸管导通角的逐渐增加，整流管D3、D4导通时间逐渐减少，其中晶闸管每周期的导通时间为π-a，整流管的通电时间每周期为π+a，a为相控角。
当T5、T6全导通后a=0，输出电压为12U d。
TJ/JW012—2014HXD3B型电力机车总体技术规范TJ/JW012—2014目次前言 (II)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 用途及应用环境 (3)4 基本技术要求 (3)5 电气部分技术要求 (7)6 机械部分技术要求 (22)7 制动及供风系统技术要求 (29)8 司机室技术要求 (37)9 其他技术要求 (39)10 检验要求 (41)11 RAMS要求 (41)TJ/JW012—2014前言本标准性技术文件参照GB/T 1.1—2009给出的规则起草。
本标准性技术文件由中国铁路总公司提出并归口。
本标准性技术文件由中国北车集团大连机车车辆有限公司负责起草。
本标准性技术文件主要起草人：代兴军、李群锋、杨守君、高洪光、臧玉军、慕元鹏。
TJ/JW012—2014 HXD3B型电力机车总体技术规范1 范围本文件规定了HXD3B型电力机车（以下简称为机车）的用途及应用环境、基本技术要求、电气部分技术要求、机械部分技术要求、制动及供风系统技术要求、司机室技术要求、其他技术要求、检验要求、RAMS要求等要求。
本文件适用于轨距1435 mm，单相交流25 kV/50 Hz的新造HXD3B型电力机车。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB 146.1—1983 标准轨距铁路机车车辆限界GB/T 700—2006 碳素结构钢GB/T 1591—2008 低合金高强度结构钢GB/T 3323—2005 金属熔化焊焊接接头射线照相（EN 1435:1997，MOD）GB 5068—1999 铁路机车、车辆车轴用钢GB/T 5118—1995 低合金钢焊条GB/T 5599—1985 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范GB 5914.1—2000 机车司机室了望条件GB 5914.2—2000 机车司机室前窗、侧窗及其他窗的配置GB/T 6417.1—2005 金属溶化焊接头缺欠分类及说明GB/T 6417.2—2005 金属压力焊接关缺欠分类及说明GB 6770—2000 机车司机室特殊安全规则(idt UIC 617-5 OR:1977)GB 6771—2000 电力机车防火和消防措施的规程GB/T 11345—1989 钢焊缝手工超声波探伤方法和控伤结果分级GB/T 25333—2010 内燃、电力机车标记TB/T 304—2011 机车用总风缸技术条件TB/T 449—2003 机车车辆车轮轮缘踏面外形TB/T 1463 机车轮对组装技术条件TB/T 1979—2003 铁道车辆用耐大气腐蚀钢订货技术条件TB/T 2011—1987 机车司机室照明测量方法TB/T 2072—1989 50钢车轴技术条件TB/T 2325.1—2006 机车、动车组前照灯、辅助照明灯和标志灯技术条件第1部分：前照灯TB/T 2325.2—2006 机车、动车组前照灯、辅助照明灯和标志灯技术条件第2部分：辅助照明灯和标志灯TB/T 2360—1993 铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准TB/T 2368—2005 动力转向架构架强度试验方法TB/T 2393—2001 铁路机车车辆用面漆TB/T 2541—2010 机车车体静强度试验规范TB/T 2879—1998（所有部分）铁路机车车辆涂料及涂装TB/T 2942—1999 铁路用铸钢件采购与验收技术条件TB/T 3044—2002 13号车钩基本尺寸和性能TB/T 3046—2002 15号车钩基本尺寸和性能TB/T 3051.1—2013 机车、动车用电笛、风笛第1部分：电笛TB/T 3051.2—2013 机车、动车用电笛、风笛第2部分：风笛TB/T 3138—2006 机车车辆阻燃材料技术条件TB/T 3254—2011 机动、动车用撒砂装置TJ/JW 001—2011 机车车载安全防护系统(6A系统)总体暂行技术条件1TJ/JW012—20142 TJ/JW 001-A～G—2012 机车车载安全防护系统(6A系统)中央处理平台及六个子系统暂行技术条件ISO 1940:2003 机械振动恒态刚性转子平衡品质要求（Mechanical vibration. Balance quality requirements for rotors in a constant (rigid) state Specification and verification of balance tolerances）ISO 3095:2005 铁路设施声学有轨车辆发出的噪音的测量（Railway applications —acoustics—Measurement of noise emitted by railbound vehicles）ISO 3381:2005 铁路设施声学有轨车辆车内的噪声（Railway applications—Acoustics—Measurement of noise inside railbound vehicles）ISO 8573-1:2010 压缩空气第1部分杂质和质量等级（Compressed air—Part1: Contaminants and purity classes）IEC 60296:2012 电工用液体变压器和开关设备用的未使用过的矿物绝缘油（Specification for unused mineral insulating oils for transformers and switchgear）IEC 60300-3-3 可靠性管理第3-3部分：应用指南生命周期成本 (Dependability management—Part 3-3: Application guide—Life cycle costing )IEC 60310:2004 铁路应用铁路机车用牵引变压器和电感器（Railway application —Traction transformers and inductors on board rolling stock）IEC 60349-2:2002 铁路机车车辆和公路车辆用旋转电机第2部分：电子变流器供电的交流电动机(Electric traction—Rotating—Part 2：Electronic converter-fed alternating current mortors)IEC 60571:2012 铁路机车车辆电子装置（Electronic equipment used on rail vehicles）IEC 61287-1:2005 铁路应用安装在铁路机车上的电力变流器第1部分：特性和试验方法（Railway applications— Power convertors installed on board rolling stock —Part 1：Characteristics and test methods）DIN EN 10084:2008 渗碳钢技术交货条件（Case hardening steels—Technical delivery conditions）EN 1563:2005 铸造球墨铸铁（Founding—Spheroidal graphit cast irons）EN 13104 铁路应用轮对和转向架动轴设计方法（Railway applications - Wheelsets and bogies - Powered axles - Design method）EN 14420-7:2007 带夹头的软管配件第7部分：凸轮锁紧接头（Hose fittings with clamp units—Part 7：Cam locking couplings）EN 50121-1:2008 铁路设施电磁兼容第1部分：总则（Railway applications—Electromagnetic compatibility—Part1：General）EN 50121-2:2008 铁路设施电磁兼容第2部分：整个铁路系统对外界的辐射Railway applications—Electromagnetic compatibility—Part 2：Emissions of the whole railway system to the outside world ）EN 50121-3-1:2008 铁路设施电磁兼容第3-1部分：机车车辆火车和设备完整的车辆（Railway applications—Electromagnetic compatibility—Part 3-1：Rolling stock —Train and complete vehicle ）EN 50121-3-2:2008 铁路设施电磁兼容第3-2部分：机车车辆装置（Railway applications—Electromagnetic compatibility—Part 3-2：Rolling stock—Apparatus）EN 50126:1999 铁路设施可靠性、可用性、可维修性和安全性的规范和论证（Railway applications—The specification and demonstration of Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS) )EN 55015:2006 电子照明和类似设备的无线电干扰特性测量方法和限值（Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of electrical lighting and similar equipment)UIC 564-2 国际载客轨道车辆防火和消防规范（Coaches windows made from safety glass)UIC 651:2002 机车、动车、动车组和驾驶拖车的司机室设计（Layout of driver's cabsTJ/JW012—2014in locomotives, railcars, multiple-unit trains and driving trailers）UIC 617-6:1977 机车动车司机室布置规则（Regulations governing the layout of drivers cabs of locomotives）UIC 812-3:1984 非合金钢整体车轮技术规范(Technical specification for the supply of solid wheels in rolled non-alloy steel for tractive and trailing stock)3 用途及应用环境3.1 用途铁路干线牵引货运列车。
TJ/JW012—2014HXD3B型电力机车总体技术规范TJ/JW012—2014目次前言 (II)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 用途及应用环境 (3)4 基本技术要求 (3)5 电气部分技术要求 (7)6 机械部分技术要求 (22)7 制动及供风系统技术要求 (29)8 司机室技术要求 (37)9 其他技术要求 (39)10 检验要求 (41)11 RAMS要求 (41)TJ/JW012—2014前言本标准性技术文件参照GB/T 1.1—2009给出的规则起草。
本标准性技术文件由中国铁路总公司提出并归口。
本标准性技术文件由中国北车集团大连机车车辆有限公司负责起草。
本标准性技术文件主要起草人：代兴军、李群锋、杨守君、高洪光、臧玉军、慕元鹏。
TJ/JW012—2014 HXD3B型电力机车总体技术规范1 范围本文件规定了HXD3B型电力机车（以下简称为机车）的用途及应用环境、基本技术要求、电气部分技术要求、机械部分技术要求、制动及供风系统技术要求、司机室技术要求、其他技术要求、检验要求、RAMS要求等要求。
本文件适用于轨距1435 mm，单相交流25 kV/50 Hz的新造HXD3B型电力机车。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB 146.1—1983 标准轨距铁路机车车辆限界GB/T 700—2006 碳素结构钢GB/T 1591—2008 低合金高强度结构钢GB/T 3323—2005 金属熔化焊焊接接头射线照相（EN 1435:1997，MOD）GB 5068—1999 铁路机车、车辆车轴用钢GB/T 5118—1995 低合金钢焊条GB/T 5599—1985 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范GB 5914.1—2000 机车司机室了望条件GB 5914.2—2000 机车司机室前窗、侧窗及其他窗的配置GB/T 6417.1—2005 金属溶化焊接头缺欠分类及说明GB/T 6417.2—2005 金属压力焊接关缺欠分类及说明GB 6770—2000 机车司机室特殊安全规则(idt UIC 617-5 OR:1977)GB 6771—2000 电力机车防火和消防措施的规程GB/T 11345—1989 钢焊缝手工超声波探伤方法和控伤结果分级GB/T 25333—2010 内燃、电力机车标记TB/T 304—2011 机车用总风缸技术条件TB/T 449—2003 机车车辆车轮轮缘踏面外形TB/T 1463 机车轮对组装技术条件TB/T 1979—2003 铁道车辆用耐大气腐蚀钢订货技术条件TB/T 2011—1987 机车司机室照明测量方法TB/T 2072—1989 50钢车轴技术条件TB/T 2325.1—2006 机车、动车组前照灯、辅助照明灯和标志灯技术条件第1部分：前照灯TB/T 2325.2—2006 机车、动车组前照灯、辅助照明灯和标志灯技术条件第2部分：辅助照明灯和标志灯TB/T 2360—1993 铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准TB/T 2368—2005 动力转向架构架强度试验方法TB/T 2393—2001 铁路机车车辆用面漆TB/T 2541—2010 机车车体静强度试验规范TB/T 2879—1998（所有部分）铁路机车车辆涂料及涂装TB/T 2942—1999 铁路用铸钢件采购与验收技术条件TB/T 3044—2002 13号车钩基本尺寸和性能TB/T 3046—2002 15号车钩基本尺寸和性能TB/T 3051.1—2013 机车、动车用电笛、风笛第1部分：电笛TB/T 3051.2—2013 机车、动车用电笛、风笛第2部分：风笛TB/T 3138—2006 机车车辆阻燃材料技术条件TB/T 3254—2011 机动、动车用撒砂装置TJ/JW 001—2011 机车车载安全防护系统(6A系统)总体暂行技术条件1TJ/JW012—20142 TJ/JW 001-A～G—2012 机车车载安全防护系统(6A系统)中央处理平台及六个子系统暂行技术条件ISO 1940:2003 机械振动恒态刚性转子平衡品质要求（Mechanical vibration. Balance quality requirements for rotors in a constant (rigid) state Specification and verification of balance tolerances）ISO 3095:2005 铁路设施声学有轨车辆发出的噪音的测量（Railway applications —acoustics—Measurement of noise emitted by railbound vehicles）ISO 3381:2005 铁路设施声学有轨车辆车内的噪声（Railway applications—Acoustics—Measurement of noise inside railbound vehicles）ISO 8573-1:2010 压缩空气第1部分杂质和质量等级（Compressed air—Part1: Contaminants and purity classes）IEC 60296:2012 电工用液体变压器和开关设备用的未使用过的矿物绝缘油（Specification for unused mineral insulating oils for transformers and switchgear）IEC 60300-3-3 可靠性管理第3-3部分：应用指南生命周期成本 (Dependability management—Part 3-3: Application guide—Life cycle costing )IEC 60310:2004 铁路应用铁路机车用牵引变压器和电感器（Railway application —Traction transformers and inductors on board rolling stock）IEC 60349-2:2002 铁路机车车辆和公路车辆用旋转电机第2部分：电子变流器供电的交流电动机(Electric traction—Rotating—Part 2：Electronic converter-fed alternating current mortors)IEC 60571:2012 铁路机车车辆电子装置（Electronic equipment used on rail vehicles）IEC 61287-1:2005 铁路应用安装在铁路机车上的电力变流器第1部分：特性和试验方法（Railway applications— Power convertors installed on board rolling stock —Part 1：Characteristics and test methods）DIN EN 10084:2008 渗碳钢技术交货条件（Case hardening steels—Technical delivery conditions）EN 1563:2005 铸造球墨铸铁（Founding—Spheroidal graphit cast irons）EN 13104 铁路应用轮对和转向架动轴设计方法（Railway applications - Wheelsets and bogies - Powered axles - Design method）EN 14420-7:2007 带夹头的软管配件第7部分：凸轮锁紧接头（Hose fittings with clamp units—Part 7：Cam locking couplings）EN 50121-1:2008 铁路设施电磁兼容第1部分：总则（Railway applications—Electromagnetic compatibility—Part1：General）EN 50121-2:2008 铁路设施电磁兼容第2部分：整个铁路系统对外界的辐射Railway applications—Electromagnetic compatibility—Part 2：Emissions of the whole railway system to the outside world ）EN 50121-3-1:2008 铁路设施电磁兼容第3-1部分：机车车辆火车和设备完整的车辆（Railway applications—Electromagnetic compatibility—Part 3-1：Rolling stock —Train and complete vehicle ）EN 50121-3-2:2008 铁路设施电磁兼容第3-2部分：机车车辆装置（Railway applications—Electromagnetic compatibility—Part 3-2：Rolling stock—Apparatus）EN 50126:1999 铁路设施可靠性、可用性、可维修性和安全性的规范和论证（Railway applications—The specification and demonstration of Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS) )EN 55015:2006 电子照明和类似设备的无线电干扰特性测量方法和限值（Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of electrical lighting and similar equipment)UIC 564-2 国际载客轨道车辆防火和消防规范（Coaches windows made from safety glass)UIC 651:2002 机车、动车、动车组和驾驶拖车的司机室设计（Layout of driver's cabsTJ/JW012—2014in locomotives, railcars, multiple-unit trains and driving trailers）UIC 617-6:1977 机车动车司机室布置规则（Regulations governing the layout of drivers cabs of locomotives）UIC 812-3:1984 非合金钢整体车轮技术规范(Technical specification for the supply of solid wheels in rolled non-alloy steel for tractive and trailing stock)3 用途及应用环境3.1 用途铁路干线牵引货运列车。
时速200公里动车组项目牵引辅助变流器技术方案说明书永济新时速电机电器有限责任公司2007年11月12日牵引辅助变流器技术方案说明书1 项目来源与长客股份签订的《时速200公里动车组项目-牵引辅助变流器采购意向书》2 引用标准EN50207(2000) 铁路应用机车车辆用电力变流器EN61373(1999) 振动和冲击试验EN50121-1(1997) 电磁兼容性-总则EN50121-3-2(2000) 电磁兼容-车辆设备EN50124 绝缘的协调性EN50125-1 铁路应用设备环境条件第1 部分：车载设备EN50153 铁路应用车辆对于电气危险的防护规范EN 50155 铁路应用车辆用电气设备EN 50163 铁路应用牵引系统的电力供应EN60077-1 通用维护条件（TB/T1333.1-2002 铁路应用机车车辆电气设备第1部分：一般使用条件和通用规则）EN 60310 铁路应用车载牵引变压器和电感器3 依据的技术规范AX00000064269 牵引、方向、速度控制器技术规范（C版本）AY00000001332 牵引、辅助系统技术要求（C版本）AY00000001333 牵引、辅助系统技术描述（B版本）2442DT 牵引辅助变流器技术描述4 技术描述与主要技术参数按照AY1332、AY1333技术规范中描述的牵引特性、制动特性、辅助系统的技术要求，对牵引辅助变流器的技术方案描述如下：4.1 概述在周围环境温度为40℃和接触网电压大于或等于22.5kV的条件下，每台牵引辅助变流器能够同时给两台牵引电动机提供550kW的功率，满足动车组的电气牵引和制动特性—再生制动（接触网吸收能量时）或电阻制动（过分相时）—以及辅助系统供电。
牵引辅助变流器主要包括：- 2个四象限变流器（4QC1和4QC2），给2个牵引逆变器和1个辅助变流器供电。
- 2个三相逆变器（INV-TRAZ1和INV-TRAZ2），每个给一个异步牵引电动机供电。
