铁道机车专业教学资源库
武汉铁路职业技术学院主讲：黄秀川
《高速动车组技术》课程
武汉铁路职业技术学院黄秀川
牵引控制方式及控制策略
目录
CONTENTS
03
点矢量控制技术特点
04
直接转矩控制技术
动力分散型高速动车组牵引电机驱动方式
动力分散型高速动车组主要采用车控式、架控式、轴控式三种牵引电机驱动方式。
1、轴控式
每个牵引变流器的逆变器驱动1个转向架上的1台牵引电机并驱动1根转向架车轴，此种方式称为轴控式；
2、架控式
每个牵引变流器包含2组逆变器，每组逆变器驱动1个转向架上的2台牵引电机，此种方式称为架控式；
3、车控式
在车控方式下，一节动车上装有4台异步牵引电机，由一个牵引变流器驱动。
4、三种牵引电机驱动方式的特点
车控模式下有利于减轻牵引变流器的重量，减轻车辆的轴重；在架控及轴控方式下，缺点是总的牵引变流器功率模块数量较多，重量较重，但黏着控制性能更好，目前车控方式是主流。其中CRH2、CRH3型动车组采用车控式驱动方式，CRH1型动车组采用架控式驱动方式，CRH5型动车组采用轴控方式。
高速动车组调速控制过程及特点
1、高速动车组调速控制的特点
高速动车组通常采用感应电机作为牵引电机，因为感应电机具有转速高、转动惯量小，机械结构坚固耐用、牵引特性良好等优点。与普通电机驱动方式不同，高速动车组电机牵引具有如下特点：电机启动转矩和电流较大，加速起始阶段电机处于过励磁状态，充分利用电机设计所允许的磁饱和范围和电流的短时过载能力，以获得较大的加速度，使车辆在较短的时间内达到给定速度。电机速度与电压逐渐同步升高，当达到牵引电机电压限制后，采取弱磁控制，以减小电机的反电势，以满足力矩电流需求。在高速列车中，电机通常运行在高速弱磁区，传统的弱磁控制算法使电机的转子磁通与电机转速成反比变化。这种控制算法要求定子电压的幅值和相位（是否应该为频率？）均可控；
2、高速动车组调速控制过程
而在高速列车中，牵引逆变器在弱磁区通常采用方波调制，方波电压可以达到最大的基波电压输出，能够有效地提高电机的输出功率，提升列车高速弱磁区的最大输出转矩。因此，动车组在牵引过程中可分为三个调节区：启动加速区、恒功率恒磁通输出区和恒功率恒电压输出区。
（1）启动加速区
在启动加速区，为使牵引电机在低速时输出较大转矩，在启动加速过程中采用恒磁通控制，此时牵引电机输出转矩与转差频率近似成正比，在黏着牵引力的限制下，进行准恒力矩控制；
（2）恒功率恒磁通输出区
当电机转速继续增大时，采用恒功率恒磁通控制，通过改变电机特性曲线，保持电机磁通不变，在恒功的最初阶段电机电压继续保持增加，而转差频率下降、电流下降，转矩随定子频率成反比变化，即恒功恒磁阶段；
（3）恒功率恒电压输出区
当时速持续提高时，采用恒功率、弱磁控制，当牵引电机电压提高到最大数值后，为了使电机有恒定的输出功率，电压和频率的调节采用恒功率恒电压调节方式。
矢量控制技术特点
高速动车组主要采用矢量控制和直接力矩控制两种方式。其中CRH2、CRH3、CRH5等型动车组采用矢量控制方式，CRH1型动车组采用直接力矩控制方式。
1、矢量控制系统定义
异步电动机是一个多变量的多输入输出系统，而电压、电流频率、磁通、转速之间又互相有影响，所以是强耦合的多变量系统，因此针对异步电动机的动态数学模型也是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。因此需要异步电动机具有高动态性能时，必须面对这样一个动态模型，因此产生了按转子磁链定向的矢量控制系统，简称VC（VectorControl）系统。矢量控制传动系统的良好性能很受欢迎，导致标量控制的重要性日益下降。
2、直流电动机控制与异步电动机控制的比较和相互转换
对于直流电动机，可以认为励磁电流If，产生的主磁通φ和电枢绕组电流Ia产生的转子磁场是互相独立的，电机设计保证了励磁磁势与电枢磁势互相垂直，可认为互相解耦，此时直流电动机电磁转矩为：
利用补偿绕组可以对电枢电流变化引起主磁通的变化进行补偿。单单控制电枢电流Ia就可以方便地控制电机的转矩。
但是异步电动机的情况比直流电动机复杂得多，磁场是定子电流和转子电流共同产生的，通过绕组的电流既有产生磁场的励磁分量也有产生转矩的有功（转矩）分量，二者纠缠在一起，单控制电枢电流不能控制电磁转矩的目的，更何况鼠笼式异步电动机转子电流也难以直接测量和控制。
矢量控制技术特点
图5-6-1异步电动机矢量图
从电机理论可知，异步电动机的电磁转矩，它是气隙磁场ψm和转子电流有功分量相互作用产生的。其中是功率因数，是由于电枢绕组或鼠笼转子的短路绕组的电感导致每根笼条内的电流都将在时间上滞后于电动势而导