專利名稱：一種交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異步電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試方法及裝置。
背景技術(shù)：
在交流傳動(dòng)電力機(jī)車以及地鐵系統(tǒng)中，其傳動(dòng)系統(tǒng)采用的驅(qū)動(dòng)控制方法主要分為兩種一種是單軸控制方式，一臺(tái)逆變器專供一根軸上的牽引電機(jī)，即軸控方式；另一種是一臺(tái)逆變器向兩臺(tái)或若干臺(tái)并聯(lián)的牽引電機(jī)供電，最常見的是一臺(tái)逆變器向同一轉(zhuǎn)向架上兩臺(tái)牽引電機(jī)供電，即架控方式。在軸控方式下，每臺(tái)牽引電機(jī)的頻率、電壓都能獨(dú)立調(diào)節(jié)，所以可以任意調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，輪徑偏差的影響較小。而架控方式的控制模式相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于異步牽引電機(jī)力矩的硬特性，輪徑的細(xì)小差別對(duì)于由同一臺(tái)逆變器供電的并聯(lián)電機(jī)的負(fù)荷分配影響極大。負(fù)載分配不均會(huì)使個(gè)別電機(jī)嚴(yán)重過載，輕則溫升過高，重則超過粘著極限發(fā)生空轉(zhuǎn)或滑行，會(huì)使一個(gè)輪對(duì)超載空轉(zhuǎn)或另一個(gè)輪對(duì)嚴(yán)重輕載，從而降低整臺(tái)電力機(jī)車的牽引力，因此對(duì)機(jī)車的輪徑偏差必須有嚴(yán)格要求。在實(shí)際應(yīng)用中，由于兩臺(tái)異步牽引電機(jī)的特性參數(shù)是很難完全一致的，機(jī)車各輪對(duì)的輪徑總是存在著一定的偏差的，因此，輪徑偏差對(duì)電機(jī)運(yùn)行的影響是不容忽視的。但是，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，并不考慮機(jī)車輪對(duì)的輪徑偏差，因此其測(cè)試結(jié)果無法體現(xiàn)出輪徑偏差對(duì)異步牽引電機(jī)的輸出電流和轉(zhuǎn)矩造成的影響。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試方法及裝置，在測(cè)試過程中引入了機(jī)車輪對(duì)的輪徑偏差，其測(cè)試結(jié)果能夠體現(xiàn)輪徑偏差對(duì)異步牽引電機(jī)的輸出電流和轉(zhuǎn)矩造成的影響。本發(fā)明實(shí)施例提供一種交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置，所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括裝設(shè)在同一轉(zhuǎn)向架上的第一牽弓I電機(jī)和第二牽弓I電機(jī)；所述測(cè)試裝置包括負(fù)載給定模塊、第一測(cè)量模塊、第二測(cè)量模塊、比例調(diào)節(jié)器、逆變控制模塊；所述負(fù)載給定模塊的輸出端接所述第一牽引電機(jī)的負(fù)載端，用于為所述第一牽引電機(jī)提供給定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；所述第一測(cè)量模塊接所述第一牽引電機(jī)的輸出端，用于測(cè)量得到所述第一牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并發(fā)送至所述逆變控制模塊；所述第二測(cè)量模塊接所述第二牽引電機(jī)的輸出端，用于測(cè)量得到所述第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并發(fā)送至所述逆變控制模塊；
所述比例調(diào)節(jié)器的輸入端接所述第一測(cè)量模塊的角速度輸出端，所述比例調(diào)節(jié)器的輸出端接所述第二牽引電機(jī)的負(fù)載端，用于將所述第一測(cè)量模塊測(cè)量得到的第一牽引電機(jī)的角速度乘以一定的比例后，輸出至所述第二牽引電機(jī)的負(fù)載端；所述逆變控制模塊，用于根據(jù)接收到的所述第一牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)和所述第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，進(jìn)行空間電壓矢量調(diào)制，輸出相應(yīng)的控制脈沖至所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)分別對(duì)應(yīng)的逆變器，調(diào)節(jié)各逆變器分別提供給所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓。優(yōu)選地，所述一定的比例為第一牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑與所述第二牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑的比值。優(yōu)選地，所述傳動(dòng)系統(tǒng)采用架控方式；所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括直流電源、逆變器、第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)；所述直流電源用于為所述傳動(dòng)系統(tǒng)提供直流輸入電壓；所述逆變器接收所述直流電源輸出的直流輸入電壓和測(cè)試裝置輸出的控制脈沖， 將所述直流輸入電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，分別輸出至所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)。優(yōu)選地，所述傳動(dòng)系統(tǒng)采用軸控方式；所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括直流電源、第一逆變器、第二逆變器、第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)；所述直流電源用于為所述傳動(dòng)系統(tǒng)提供直流輸入電壓；所述第一逆變器接收所述直流電源輸出的直流輸入電壓和測(cè)試裝置輸出的控制脈沖，將所述直流輸入電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，輸出至所述第一牽引電機(jī)；所述第二逆變器接收所述直流電源輸出的直流輸入電壓和測(cè)試裝置輸出的控制脈沖，將所述直流輸入電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，輸出至所述第二牽引電機(jī)。優(yōu)選地，所述性能指標(biāo)包括電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈、定子磁鏈、三相電機(jī)電流、角速度、 電磁轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明還提供一種交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試方法，所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括裝設(shè)在同一轉(zhuǎn)向架上的第一牽弓I電機(jī)和第二牽弓I電機(jī)；所述測(cè)試方法包括以下步驟為所述第一牽引電機(jī)提供給定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；分別測(cè)量得到所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)；將測(cè)量得到的所述第一牽引電機(jī)的角速度乘以一定的比例后，調(diào)節(jié)提供給所述第二牽引電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；根據(jù)所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，進(jìn)行空間電壓矢量調(diào)制，輸出相應(yīng)的控制脈沖至所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)分別對(duì)應(yīng)的逆變器，調(diào)節(jié)各逆變器分別提供給所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓。優(yōu)選地，所述一定的比例為第一牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑與所述第二牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑的比值。優(yōu)選地，所述性能指標(biāo)包括電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈、定子磁鏈、三相電機(jī)電流、角速度、 電磁轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果本發(fā)明實(shí)施例所述裝置及方法，將兩臺(tái)牽引電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的輪徑偏差等效為兩臺(tái)牽引電機(jī)的負(fù)載的偏差，通過比例調(diào)節(jié)器，在傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試過程中引入了兩臺(tái)牽引電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)之間的輪徑偏差，使得由此得到的測(cè)試結(jié)果能夠體現(xiàn)出輪徑偏差對(duì)異步牽引電機(jī)的輸出電流和轉(zhuǎn)矩造成的影響。


圖1為異步牽引電機(jī)的機(jī)械特性曲線；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試方法流程圖；圖fe為架控方式下輪徑偏差為3mm時(shí)小輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出波形圖；圖恥為架控方式下輪徑偏差為3mm時(shí)大輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出波形圖；圖6為圖fe和圖恥所示兩臺(tái)牽引電機(jī)在牽引工況時(shí)的放大比對(duì)波形；圖7為圖fe和圖恥所示兩臺(tái)牽引電機(jī)在制動(dòng)工況時(shí)的放大比對(duì)波形；圖8a為圖fe和圖恥所示兩臺(tái)牽引電機(jī)在牽弓I工況下的轉(zhuǎn)矩不平衡度與電機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線圖；圖8b為圖fe和圖恥所示兩臺(tái)牽引電機(jī)在制動(dòng)工況下的轉(zhuǎn)矩不平衡度與電機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線圖；圖9a為架控方式下輪徑偏差為6mm時(shí)小輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出波形圖；圖9b為架控方式下輪徑偏差為6mm時(shí)大輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出波形圖；圖10為圖9a和圖9b所示兩臺(tái)牽引電機(jī)在牽引工況時(shí)的放大比對(duì)波形；圖11為圖9a和圖9b所示兩臺(tái)牽引電機(jī)在制動(dòng)工況時(shí)的放大比對(duì)波形；圖1 為圖9a和圖9b所示兩臺(tái)牽引電機(jī)在牽引工況下的轉(zhuǎn)矩不平衡度與電機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線圖；圖12b為圖9a和圖9b所示兩臺(tái)牽引電機(jī)在制動(dòng)工況下的轉(zhuǎn)矩不平衡度與電機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線圖；圖13為軸控方式下輪徑偏差為6mm時(shí)牽引工況下兩個(gè)牽引電機(jī)的輸出波形圖；圖14為軸控方式下輪徑偏差為6mm時(shí)制動(dòng)工況下兩個(gè)牽引電機(jī)的輸出波形圖；圖15為軸控方式下輪徑偏差為16mm時(shí)牽引工況下兩個(gè)牽引電機(jī)的輸出波形圖；圖16為軸控方式下輪徑偏差為16mm時(shí)制動(dòng)工況下兩個(gè)牽引電機(jī)的輸出波形圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
異步牽引電機(jī)的機(jī)械特性曲線是指在輸入電壓與頻率一定的情況下電磁轉(zhuǎn)矩M 與轉(zhuǎn)差率s(或轉(zhuǎn)速η)之間的關(guān)系曲線，如圖1所示，為異步牽引電機(jī)的機(jī)械特性曲線。假設(shè)一個(gè)轉(zhuǎn)向架上裝有兩臺(tái)牽引電機(jī)，不妨設(shè)為第一牽引電機(jī)(如圖中電機(jī)1所示)和第二牽引電機(jī)(如圖中電機(jī)2所示)，且兩臺(tái)電機(jī)的容量和規(guī)格是相同的，但兩臺(tái)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)直徑有所偏差。設(shè)定，第一牽引電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)第一輪對(duì)，第二牽引電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)第二輪對(duì)，將第一輪對(duì)和第二輪對(duì)的直徑分別記作=D1和D2，且D1 < D2。列車運(yùn)行時(shí)， 各輪對(duì)的線速度相同，設(shè)定第一輪對(duì)和第二輪對(duì)分別對(duì)應(yīng)的角速度為Q1和ω2，則Co1XD1 = CO2XD2(1)由于 D1 < D2，故有 GJ1 > ω2。可見，第一輪對(duì)的輪徑偏小，但第一輪對(duì)的角速度較大，對(duì)應(yīng)的，第一牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)子頻率較高；第二輪對(duì)的輪徑偏大，當(dāng)?shù)诙唽?duì)的角速度較小，對(duì)應(yīng)的，第二輪對(duì)的轉(zhuǎn)子頻率f2較低。當(dāng)采用架控方式時(shí)，同一轉(zhuǎn)向架上的兩臺(tái)牽引電機(jī)由同一臺(tái)逆變器供電，該逆變器輸出頻率為fo，則第一牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率fsl為fsl =(2)第二牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率fs2為fs2 = f0-f2(3)對(duì)應(yīng)的，第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)差率S1和&分別為S1 = fsl/f0(4)S2 = fs2/f0(5)當(dāng)機(jī)車處于牽引工況時(shí)，即處于圖1所示第一象限時(shí)，S1 < &。由圖1可知，第一牽引電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩小于第二牽引電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，即小輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大，大輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩小。當(dāng)機(jī)車處于制動(dòng)工況時(shí)，即處于圖1所示第三象限時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率大于逆變器輸出頻率fo，轉(zhuǎn)差率為負(fù)值，由圖可知，和牽引工況時(shí)相反，第一牽引電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大于第二牽引電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，即小輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大，大輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩小。由常識(shí)可知，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小和電機(jī)電流及磁通有關(guān)，在相同的電壓和頻率下，磁通相同，因此，電機(jī)電流不平衡的程度和電機(jī)轉(zhuǎn)矩不平衡的程度相當(dāng)。當(dāng)在平直道路或是略有下坡的線路上，機(jī)車輕載運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)子頻率接近于定子頻率，即轉(zhuǎn)差頻率接近0，電機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)處于圖1中與橫軸交點(diǎn)O點(diǎn)的附近。此時(shí)，由于兩臺(tái)牽引電機(jī)的輪徑存在偏差，就可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)速高的電機(jī)已進(jìn)入制動(dòng)工況，而轉(zhuǎn)速低的電機(jī)仍處于牽引工況，這樣就出現(xiàn)了兩臺(tái)牽引電機(jī)的功率為一正一負(fù)的現(xiàn)象。當(dāng)采用軸控方式時(shí)，同一轉(zhuǎn)向架上的每臺(tái)牽引電機(jī)分別由一臺(tái)逆變器獨(dú)立供電。 當(dāng)存在輪徑偏差時(shí)，雖然兩臺(tái)牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)子頻率不一樣，但由于每臺(tái)逆變器獨(dú)立控制，其輸出頻率和電壓可以任意調(diào)節(jié)。由此，可以分別調(diào)節(jié)每臺(tái)牽引電機(jī)的定子頻率以保證兩臺(tái)牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率基本保持一致，從而避免出現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩和電機(jī)電流的不平衡。由此可見，在架控方式下，輪徑偏差對(duì)電機(jī)運(yùn)行的影響是不容忽視的；在軸控方式下，輪徑偏差對(duì)電機(jī)運(yùn)行的影響確實(shí)可以避免的。
由于交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)體積都比較大，運(yùn)行環(huán)境也比較復(fù)雜。因此，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)物進(jìn)行測(cè)試一般比較困難。因此，通常情況下，都是采用半實(shí)物仿真的方式對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試與分析。半實(shí)物仿真是指在仿真系統(tǒng)中接入部分實(shí)物，是所有仿真中置信度最高的一種仿真方法。半實(shí)物仿真技術(shù)分為兩種，一種是控制器是實(shí)物，被控對(duì)象是虛擬的，這種也稱為硬件在回路；另一種控制器是虛擬的，被控對(duì)象是實(shí)物。硬件在回路利用實(shí)物控制器控制虛擬的被控對(duì)象，主要用于對(duì)實(shí)物控制器的設(shè)計(jì)與測(cè)試。在電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中利用這種半實(shí)物仿真不但有利于設(shè)計(jì)綜合性能較優(yōu)的控制器，而且可以有效地減少費(fèi)時(shí)費(fèi)力的試驗(yàn)研究，從而節(jié)約開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。對(duì)交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的半實(shí)物仿真，采用的是第一種仿真方式，控制器是實(shí)物，被控對(duì)象是虛擬的。即為，需要進(jìn)行測(cè)試的傳動(dòng)系統(tǒng)是虛擬的，測(cè)試裝置是實(shí)物。但是，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試中，無論是采用架控方式還是軸控方式時(shí)，均不考慮機(jī)車輪對(duì)的輪徑偏差，因此其測(cè)試結(jié)果也無法體現(xiàn)出輪徑偏差對(duì)異步牽引電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩造成的影響。有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置及方法，在虛擬傳動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)裝設(shè)在同一轉(zhuǎn)向架上的兩臺(tái)牽引電機(jī)進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試時(shí)，引入兩臺(tái)牽引電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)之間的輪徑偏差，使得由此得到的測(cè)試結(jié)果能夠體現(xiàn)出輪徑偏差對(duì)異步牽引電機(jī)造成的影響。參照?qǐng)D2，為本發(fā)明實(shí)施例一的交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)圖。 如圖2所示，所述檢測(cè)裝置1用于交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)2。需要說明的是，所述傳動(dòng)系統(tǒng)2為模擬傳動(dòng)系統(tǒng)，即為該傳動(dòng)系統(tǒng)2是虛擬的。圖2所示傳動(dòng)系統(tǒng)2采用架控方式。具體的，一轉(zhuǎn)向架上安裝一個(gè)逆變器，由該一臺(tái)逆變器向并聯(lián)的兩臺(tái)牽引電機(jī)供電。所述傳動(dòng)系統(tǒng)2包括直流電源21、逆變器22、第一牽引電機(jī)23和第二牽引電機(jī) 24。其中，所述直流電源21用于為所述傳動(dòng)系統(tǒng)2提供直流輸入電壓。所述逆變器22的輸入端接所述直流電源21的輸出端，所述逆變器22的輸出端接所述第一牽引電機(jī)23的三相電壓輸入端和所述第二牽引電機(jī)M的三相電壓輸入端。所述逆變器22接收所述直流電源21輸出的直流輸入電壓和測(cè)試裝置1輸出的控制脈沖，將所述直流輸入電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，分別輸出至所述第一牽引電機(jī)23和第二牽弓I電機(jī)對(duì)，為所述第一牽引電機(jī)23和第二牽弓I電機(jī)M提供驅(qū)動(dòng)電壓，調(diào)節(jié)所述第一牽弓丨電機(jī)23和第二牽弓I電機(jī)M的運(yùn)行速度。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例所述傳動(dòng)系統(tǒng)2中，所述直流電源21為理想直流電源，該理想直流電源為逆變器22供電，通過所述逆變器22控制所述第一牽引電機(jī)23和第二牽引電機(jī)M可以在全速度范圍內(nèi)運(yùn)行。所述第一牽引電機(jī)23和第二牽引電機(jī)M的容量和規(guī)格均相同，但兩臺(tái)牽引電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑是存在一定偏差的?？梢栽O(shè)定，所述第一牽引電機(jī)23驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑為D1，所述第二牽引電機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑為D2 ；且不妨假設(shè)，D1 < D2。
由于機(jī)車運(yùn)行時(shí)，各輪對(duì)的線速度相同，由公式(1)可知Q1 > ω2。其中，0^為第一牽引電機(jī)23驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的角速度；ω2為第二牽引電機(jī)23驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的角速度。所述檢測(cè)裝置1包括負(fù)載給定模塊11、第一測(cè)量模塊12、第二測(cè)量模塊13、逆變控制模塊14、比例調(diào)節(jié)器15。所述負(fù)載給定模塊11的輸出端接所述第一牽引電機(jī)23的負(fù)載端，用于為所述第一牽引電機(jī)23提供給定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。所述第一測(cè)量模塊12接所述第一牽引電機(jī)23的輸出端，用于測(cè)量得到所述第一牽引電機(jī)23的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并發(fā)送至所述逆變控制模塊14。所述第二測(cè)量模塊13接所述第二牽引電機(jī)M的輸出端，用于測(cè)量得到所述第二牽引電機(jī)M的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并發(fā)送至所述逆變控制模塊14。需要說明的是，所述第一測(cè)量模塊12和第二測(cè)量模塊13分別測(cè)量得到的所述第一牽引電機(jī)23和第二牽引電機(jī)M的性能指標(biāo)可以但不限于包括電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈、定子磁鏈、三相電機(jī)電流、角速度、電磁轉(zhuǎn)矩等。所述逆變控制模塊14用于根據(jù)接收到的所述第一牽引電機(jī)23的各項(xiàng)性能指標(biāo)和所述第二牽引電機(jī)M的各項(xiàng)性能指標(biāo)，進(jìn)行空間電壓矢量調(diào)制，輸出相應(yīng)的控制脈沖至所述傳動(dòng)系統(tǒng)2的逆變器22，控制所述逆變器22對(duì)所述直流輸入電壓進(jìn)行逆變，調(diào)節(jié)所述逆變器22提供給所述第一牽引電機(jī)23和第二牽引電機(jī)M的驅(qū)動(dòng)電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述第一牽弓丨電機(jī)23和第二牽弓I電機(jī)M的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。需要說明的是，關(guān)于異步電機(jī)的逆變控制(包括空間電壓矢量調(diào)制)是本領(lǐng)域比較成熟的技術(shù)，且該技術(shù)不是本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)所在，所以不再進(jìn)行詳細(xì)描述。所述比例調(diào)節(jié)器15輸入端接所述第一測(cè)量模塊12的角速度輸出端，輸出端接所述第二牽引電機(jī)M的負(fù)載端，用于將所述第一測(cè)量模塊12測(cè)量得到的第一牽引電機(jī)23的角速度乘以一定的比例K后，輸出至所述第二牽引電機(jī)M的負(fù)載端，作為給定的角速度，以調(diào)節(jié)提供給所述第二牽引電機(jī)M的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明實(shí)施例中，通過所述比例調(diào)節(jié)器15，能夠使得提供給所述第二牽引電機(jī)M 的角速度與所述第一牽引電機(jī)23的角速度成一定的比例K。具體的，所述比例K即為所述第一牽引電機(jī)23驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑Dl和所述第二牽引電機(jī)M驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑D2的比值。對(duì)于牽引電機(jī)而言，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩與角速度呈正比例關(guān)系，通過給定提供給牽引電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，可以使得該牽引電機(jī)的角速度為對(duì)應(yīng)的給定值。結(jié)合圖2所示進(jìn)行說明，本發(fā)明實(shí)施例中，所述第一牽引電機(jī)23的角速度為ω” 所述比例調(diào)節(jié)器15的比例K為D1ZiD2，因而，通過所述比例調(diào)節(jié)器15，可以使得提供給所述第二牽引電機(jī)M給定角速度Q2ref為Q2ref =Q1X (D1ZD2)(6)所述第二牽引電機(jī)24的負(fù)載端接收到該給定角速度后，能夠直接換算得到與該給定角速度ω 2Mf對(duì)應(yīng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，作為自身的負(fù)載轉(zhuǎn)矩?；诒緦?shí)物仿真模型的原理，可知，該第二牽引電機(jī)M的實(shí)際角速度ω2就等于給定的角速度《2ref。因此，本發(fā)明實(shí)施例中，通過所述比例調(diào)節(jié)器15，實(shí)現(xiàn)了 Co1XD1 = ο 2 X D2 ο
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本發(fā)明實(shí)施例所述裝置，將兩臺(tái)牽引電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的輪徑偏差等效為兩臺(tái)牽引電機(jī)的負(fù)載的偏差，通過比例調(diào)節(jié)器15，在傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試過程中引入了兩臺(tái)牽引電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)之間的輪徑偏差，使得由此得到的測(cè)試結(jié)果能夠體現(xiàn)出輪徑偏差對(duì)異步牽引電機(jī)造成的影響。參照?qǐng)D3，為本發(fā)明實(shí)施例二的交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)圖。 圖3所示實(shí)施例二與圖2所示實(shí)施例一的區(qū)別在于所述傳動(dòng)系統(tǒng)2采用軸控方式。具體的，為轉(zhuǎn)向架上的每臺(tái)牽引電機(jī)分別裝設(shè)一臺(tái)逆變器，各牽引電機(jī)由對(duì)應(yīng)的逆變器獨(dú)立供 H1^ ο所述傳動(dòng)系統(tǒng)2包括直流電源21、第一逆變器25、第二逆變器沈、第一牽引電機(jī) 23和第二牽引電機(jī)M。其中，所述直流電源21用于為所述傳動(dòng)系統(tǒng)2提供直流輸入電壓。所述第一逆變器25的輸入端接所述直流電源21的輸出端，所述第一逆變器25的輸出端接所述第一牽引電機(jī)23的三相電壓輸入端。所述第一逆變器25接收所述直流電源21輸出的直流輸入電壓和測(cè)試裝置1輸出的控制脈沖，將所述直流輸入電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，輸出至所述第一牽引電機(jī)23，為所述第一牽引電機(jī)23提供驅(qū)動(dòng)電壓，調(diào)節(jié)所述第一牽引電機(jī)23的運(yùn)行速度。所述第二逆變器沈的輸入端接所述直流電源21的輸出端，所述第二逆變器沈的輸出端接所述第二牽引電機(jī)M的三相電壓輸入端。所述第二逆變器沈接收所述直流電源21輸出的直流輸入電壓和測(cè)試裝置1輸出的控制脈沖，將所述直流輸入電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，輸出至所述第二牽引電機(jī)M，為所述第二牽引電機(jī)M提供驅(qū)動(dòng)電壓，調(diào)節(jié)所述第二牽引電機(jī)M的運(yùn)行速度。本發(fā)明實(shí)施例二所述測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理與實(shí)施例一相同，二者的區(qū)別僅在于所述逆變控制模塊14輸出相應(yīng)的控制脈沖至所述傳動(dòng)系統(tǒng)2的第一逆變器25和第二逆變器沈，分別控制所述第一逆變器25和第二逆變器沈?qū)λ鲋绷鬏斎腚妷哼M(jìn)行逆變。關(guān)于實(shí)施例二所述裝置，在此不再贅述。對(duì)應(yīng)于本發(fā)明實(shí)施例提供的交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試方法。具體的，所述方法用于交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括裝設(shè)在同一轉(zhuǎn)向架上的第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)。參照?qǐng)D4，為本發(fā)明實(shí)施例的交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試方法流程圖。所述測(cè)試方法可以包括以下步驟步驟S401 為所述第一牽引電機(jī)提供給定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。步驟S402 分別測(cè)量得到所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。需要說明的是，所述性能指標(biāo)可以包括電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈、定子磁鏈、三相電機(jī)電流、角速度、電磁轉(zhuǎn)矩等。步驟S403 將測(cè)量得到的所述第一牽引電機(jī)的角速度乘以一定的比例后，調(diào)節(jié)提供給所述第二牽引電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。具體的，將測(cè)量得到的所述第一牽引電機(jī)的角速度乘以一定的比例后，作為給定角速度提供給第二牽引電機(jī)，所述第二牽引電機(jī)根據(jù)該給定角速度直接換算得到與該給定角速度對(duì)應(yīng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，作為自身的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。需要說明的是，所述一定的比例為第一牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑與所述第二牽弓I電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑的比值。步驟S404:根據(jù)所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，進(jìn)行空間電壓矢量調(diào)制，輸出相應(yīng)的控制脈沖至所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)分別對(duì)應(yīng)的逆變器，調(diào)節(jié)各逆變器分別提供給所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓。本發(fā)明實(shí)施例所述測(cè)試方法適用于架控方式下的傳動(dòng)系統(tǒng)，也適用于軸控方式下的傳動(dòng)系統(tǒng)，其工作原理與裝置實(shí)施例相同，在此不再贅述。應(yīng)用本發(fā)明提供的測(cè)試裝置和方法，對(duì)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行半實(shí)物仿真，通過改變電力系統(tǒng)中同一轉(zhuǎn)向架上兩臺(tái)牽引電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的輪徑偏差，測(cè)試得到不同輪徑偏差下傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出情況，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)輪徑偏差對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的影響進(jìn)行直觀分析。參照?qǐng)D5至圖12，為軸控方式下對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果。其中，圖5至圖8，為架控方式下、同一轉(zhuǎn)向架上的兩臺(tái)牽引電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的輪徑偏差為3mm時(shí)的測(cè)試結(jié)果。參照?qǐng)Dfe和圖恥，分別為架控方式下輪徑偏差為3mm時(shí)兩臺(tái)牽引電機(jī)的輸出波形圖；包括輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電機(jī)A相電流的波形圖。其中，圖fe為小輪徑的輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出波形；圖5b為大輪徑的輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出波形。結(jié)合圖fe和圖恥所示，該測(cè)試過程為在1秒時(shí)，啟動(dòng)兩臺(tái)牽引電機(jī)并進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩控制；在5. 5秒時(shí)，進(jìn)入恒功率控制；在9秒時(shí)，開始由牽引工況逐步轉(zhuǎn)換到制動(dòng)工況。參照?qǐng)D6和圖7，分別為圖fe和圖恥所示兩臺(tái)牽弓I電機(jī)在牽引工況和制動(dòng)工況時(shí)的放大比對(duì)波形。其中，虛線為小輪徑的輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出波形，實(shí)線為大輪徑的輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出波形。由以上的測(cè)試結(jié)果可以看出，由于輪徑偏差導(dǎo)致兩個(gè)牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和電流不平衡。在牽引工況下，大輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大、電流大，小輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩小、電流?。恢苿?dòng)工況下正好相反，大輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩小、電流小，小輪徑輪對(duì)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大、電流大。同時(shí)，由以上的測(cè)試結(jié)果可以看出，機(jī)車在運(yùn)行時(shí)由于輪徑偏差造成的電機(jī)負(fù)荷不平衡是隨速度的變化而變化的。這一方面是由于電機(jī)的特性導(dǎo)致的，另一方面是由于控制方法中對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)差頻率的控制造成的。另外，在同樣的工作條件下，電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)下的顛覆轉(zhuǎn)矩比電動(dòng)狀態(tài)下的高，所以在制動(dòng)工況下的轉(zhuǎn)矩不平衡比牽引工況下嚴(yán)重，定義轉(zhuǎn)矩不平衡度為
權(quán)利要求
1.一種交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置，其特征在于，所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括裝設(shè)在同一轉(zhuǎn)向架上的第一牽弓I電機(jī)和第二牽弓I電機(jī)；所述測(cè)試裝置包括負(fù)載給定模塊、第一測(cè)量模塊、第二測(cè)量模塊、比例調(diào)節(jié)器、逆變控制模塊；所述負(fù)載給定模塊的輸出端接所述第一牽引電機(jī)的負(fù)載端，用于為所述第一牽引電機(jī)提供給定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；所述第一測(cè)量模塊接所述第一牽引電機(jī)的輸出端，用于測(cè)量得到所述第一牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并發(fā)送至所述逆變控制模塊；所述第二測(cè)量模塊接所述第二牽引電機(jī)的輸出端，用于測(cè)量得到所述第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并發(fā)送至所述逆變控制模塊；所述比例調(diào)節(jié)器的輸入端接所述第一測(cè)量模塊的角速度輸出端，所述比例調(diào)節(jié)器的輸出端接所述第二牽引電機(jī)的負(fù)載端，用于將所述第一測(cè)量模塊測(cè)量得到的第一牽引電機(jī)的角速度乘以一定的比例后，輸出至所述第二牽引電機(jī)的負(fù)載端；所述逆變控制模塊，用于根據(jù)接收到的所述第一牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)和所述第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，進(jìn)行空間電壓矢量調(diào)制，輸出相應(yīng)的控制脈沖至所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)分別對(duì)應(yīng)的逆變器，調(diào)節(jié)各逆變器分別提供給所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置，其特征在于，所述一定的比例為第一牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑與所述第二牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑的比值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置，其特征在于，所述傳動(dòng)系統(tǒng)采用架控方式；所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括直流電源、逆變器、第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)；所述直流電源用于為所述傳動(dòng)系統(tǒng)提供直流輸入電壓；所述逆變器接收所述直流電源輸出的直流輸入電壓和測(cè)試裝置輸出的控制脈沖，將所述直流輸入電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，分別輸出至所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置，其特征在于，所述傳動(dòng)系統(tǒng)采用軸控方式；所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括直流電源、第一逆變器、第二逆變器、第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)；所述直流電源用于為所述傳動(dòng)系統(tǒng)提供直流輸入電壓；所述第一逆變器接收所述直流電源輸出的直流輸入電壓和測(cè)試裝置輸出的控制脈沖， 將所述直流輸入電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，輸出至所述第一牽引電機(jī)；所述第二逆變器接收所述直流電源輸出的直流輸入電壓和測(cè)試裝置輸出的控制脈沖， 將所述直流輸入電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，輸出至所述第二牽引電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置，其特征在于，所述性能指標(biāo)包括電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈、定子磁鏈、三相電機(jī)電流、角速度、電磁轉(zhuǎn)矩。
6.一種交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試方法，其特征在于，所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括裝設(shè)在同一轉(zhuǎn)向架上的第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)；所述測(cè)試方法包括以下步驟 為所述第一牽引電機(jī)提供給定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 分別測(cè)量得到所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)； 將測(cè)量得到的所述第一牽引電機(jī)的角速度乘以一定的比例后，調(diào)節(jié)提供給所述第二牽引電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；根據(jù)所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，進(jìn)行空間電壓矢量調(diào)制，輸出相應(yīng)的控制脈沖至所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)分別對(duì)應(yīng)的逆變器，調(diào)節(jié)各逆變器分別提供給所述第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述一定的比例為第一牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑與所述第二牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪對(duì)的直徑的比值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述性能指標(biāo)包括電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈、定子磁鏈、三相電機(jī)電流、角速度、電磁轉(zhuǎn)矩。
全文摘要
本發(fā)明公開一種交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試裝置，包括負(fù)載給定模塊為第一牽引電機(jī)提供給定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；第一測(cè)量模塊和第二測(cè)量模塊分別測(cè)量得到第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)；比例調(diào)節(jié)器將測(cè)量得到的第一牽引電機(jī)的角速度乘以一定的比例后，輸出至第二牽引電機(jī)的負(fù)載端；逆變控制模塊根據(jù)第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，輸出相應(yīng)的控制脈沖至第一牽引電機(jī)和第二牽引電機(jī)分別對(duì)應(yīng)的逆變器。本發(fā)明還公開了一種交流傳動(dòng)電力機(jī)車的傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試方法。采用本發(fā)明實(shí)施例，在測(cè)試過程中引入了機(jī)車輪對(duì)的輪徑偏差，測(cè)試結(jié)果能夠體現(xiàn)輪徑偏差對(duì)異步牽引電機(jī)的輸出電流和轉(zhuǎn)矩造成的影響。
文檔編號(hào)G01M13/02GK102279103SQ201110115229
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者何海興, 劉可安, 應(yīng)婷, 王堅(jiān), 許為 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司