三相供电短定子磁浮列车方案及控制方法研究

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21世纪以来,随着中国城市化进程不断扩大,城市轨道交通发展迅猛,以短定子直线感应电机(Short-primary Linear Induction Motor,SLIM)作为牵引电机的磁浮交通也取得从无到有的突破性硕果。然而,由于应用时间较短,在实际工程中短定子磁浮交通在靴轨受流、车辆轻量化以及车辆提速等方面暴露出一些需要优化解决的问题。为进一步推动磁浮交通在城市轨道交通领域的应用,西南交通大学李群湛教授提出了一种短定子磁浮列车四轨供电控制系统。本文以短定子磁浮列车四轨供电控制系统为导向,对该方案的牵引供电技术进行了研究分析。首先,从系统结构特点对短定子、长定子磁浮交通的优劣性进行了比较,参照短定子磁浮列车四轨供电控制系统,引出了三相供电短定子磁浮列车方案,着重分析了供电系统及牵引控制系统的组成及运行机理。其次,供电轨在方案中起牵引回流的作用,针对其不规则截面形状的特性,利用电磁场有限元法(Finite-element Method,FEM)对供电轨进行了静电场与涡流场分析,研究其相应的单位长度电气参数频变特性,并确定了供电轨的圆形等效半径,以国内APM轨排布距离为例计算了供电轨线路的电气参数,推导出沿供电轨线路全线电压、电流随距离变化的表达式。然后,推导了供电轨线路和SLIM在同步旋转坐标系下的空间矢量模型,对SLIM恒转差频率控制策略进行了分析,针对供电轨线路电气参数的变化导致控制性能下降的弊病,研究了基于速度环前馈和电流环解耦补偿的恒转差频率矢量控制以及基于复合型滑模电流控制器的恒转差频率矢量控制。最后,以某磁浮试验线为例,采用适合于本方案的列车牵引计算方法对该线路下列车点位置以及牵引变电所的性能参数进行了研究计算;在列车牵引控制方面,仿真对比了恒转差频率、基于速度环前馈和电流环补偿的恒转差频率以及基于复合型滑模电流控制器的三种矢量控制策略,验证了所提出的复合型滑模电流控制器的恒转差频率矢量控制策略解耦、鲁棒性强,满足磁浮列车安全运行的要求。
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