2016年国家铁路规划由“四纵四横”跃升为“八纵八横”,“十三五”期间我国将继续推进铁路建设,采用异步电机驱动的电力机车与动车仍将是铁路运输的主要动力。电力牵引交流传动控制技术作为电力机车/高速动车组的关键技术,其控制性能直接决定着整车牵引性能。异步牵引电机作为电力牵引传动系统的主要动力来源,对其控制策略的研究是电传动系统研究的重要部分。直接转矩控制是应用于异步电机交流调速系统中的高性能控制策略之一,该策略对运行中的突发事件反应及时,能有效发挥牵引力,具有动态响应快,系统结构简单等特点。但同时存在低速区起动加速时转矩脉动大易引起空转打滑,低开关频率限制引起定子电流谐波对牵引供电网干扰的问题。因此,分析并改善上述转矩脉动及电流谐波问题,进而提升电力牵引系统直接转矩控制性能,将有助于我国铁路事业的技术发展。本文在此背景下,以异步牵引电机为控制对象,首先介绍了异步电机数学模型和两电平逆变器工作原理,重点阐述了直接转矩控制系统的基本原理,及牵引电机各速度区域控制策略,包括圆形、十八边形、六边形及弱磁磁链轨迹控制的基本原理和实现方法。其次,在对牵引电机直接转矩控制系统低速区转矩脉动及电流谐波问题进行分析的基础上,采用3种低速区优化方案,分别给出了十二扇区直接转矩控制、间接定子量控制和带延时补偿的基于有限集模型预测直接转矩控制,用于改善电力牵引系统低速区控制性能。最后,本文利用Matlab/Simulink软件,分别搭建某动车用牵引电机各速度区域直接转矩控制系统,及其低速区3种优化方案控制系统模型。通过对仿真结果的分析,验证了带有延时补偿的模型预测直接转矩控制策略,在具有快速动态响应、系统结构简单等特点的同时,可达到抑制转矩脉动,减少电流谐波含量的效果。根据上述分析结果,设计了电力牵引传动系统全速域直接转矩控制方案,通过仿真实验进一步验证了带有延时补偿的模型预测直接转矩控制及全速域直接转矩控制方法在电力牵引系统的有效性。