一種解決架線式機(jī)車短時(shí)脫網(wǎng)的方法

摘 要：架線式機(jī)車經(jīng)常遇到電源短時(shí)脫網(wǎng)現(xiàn)象，本文提出了一種新的解決方法—發(fā)電穩(wěn)壓，具備電壓穿越功能，并且和常規(guī)的方法通過對比顯示其優(yōu)越性，最后使用仿真驗(yàn)證了其可行性。

關(guān)鍵詞：脫網(wǎng)；電壓穿越；電壓控制；環(huán)路切換

中圖分類號：TM921.51

在機(jī)車使用過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)直流側(cè)母線會(huì)出現(xiàn)短時(shí)脫網(wǎng)的現(xiàn)象，恢復(fù)供電后，需要控制器馬上投入正常工作。由于這個(gè)時(shí)候電機(jī)轉(zhuǎn)速可能還比較高，電機(jī)的磁場還沒有完全消失，控制器由于欠壓保護(hù)而輸出關(guān)閉，如果未經(jīng)任何處理直接連接電機(jī)，則會(huì)出現(xiàn)較大的電流沖擊導(dǎo)致控制器損壞。本文對于解決減少?zèng)_擊的幾種方法進(jìn)行分析，并且提出了一種高效可行的方法。

1 方案對比

一般控制器會(huì)采用上述的其中一種，若客戶需要快速啟動(dòng)功能，使用電壓檢測的方式，基本能達(dá)到用戶的使用要求。本文的提出方法為發(fā)電穩(wěn)壓方案，不僅能夠省去硬件傳感器的成本，還能在脫網(wǎng)期間控制電機(jī)，進(jìn)行電剎車，提高安全性能。

2 控制策略

（1）在t1時(shí)脫網(wǎng)發(fā)生，但是控制器未得知，繼續(xù)正常工作；（2）脫網(wǎng)發(fā)生時(shí)（t2），母線電壓從V5：500V開始跌落，但控制器當(dāng)時(shí)是無法檢測該狀態(tài)；（3）直至電壓跌落至V2：385V時(shí)（t2），啟動(dòng)電壓環(huán)控制，力矩Trq*給定從力矩環(huán)輸出改為電壓環(huán)輸出，控制目標(biāo)由轉(zhuǎn)速ω改為母線電壓Udc，即電壓控制在V3：400V；（4）當(dāng)電網(wǎng)開始恢復(fù)（t3），母線電壓開始抬升，但是由于電機(jī)控制還在電壓環(huán)，所以出的力矩為正力矩，即電動(dòng)狀態(tài)；（5）當(dāng)電壓到達(dá)V4：430V時(shí)，控制模式從電壓控制切回速度控制。

3 特殊工況

下面是方案3發(fā)電穩(wěn)壓在各個(gè)特殊工況響應(yīng)策略：

3.1 脫網(wǎng)期間能夠響應(yīng)電磁制動(dòng)工況。脫網(wǎng)期間如果整車要求剎車，是需要響應(yīng)電磁制動(dòng)指令，體現(xiàn)系統(tǒng)控制優(yōu)勢。當(dāng)電磁制動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)很快會(huì)退出電壓控制模式。最惡劣情況為在脫網(wǎng)期間，又使能速度控制，系統(tǒng)會(huì)再一次進(jìn)入母線電壓控制模式，不會(huì)有什么風(fēng)險(xiǎn)。這種電磁制動(dòng)指令優(yōu)先級最高的模式能夠滿足客戶需求。

3.2 勵(lì)磁電流隨母線電壓快速響應(yīng)。由于在脫網(wǎng)期間轉(zhuǎn)速會(huì)有變化，所以勵(lì)磁電流也需要根據(jù)轉(zhuǎn)速和電壓變化，防止vdq電壓飽和而導(dǎo)致勵(lì)磁電流無法建立，在電流環(huán)計(jì)算id較合適，響應(yīng)速度要快。

3.3 脫網(wǎng)切換時(shí)加入重啟時(shí)間。在脫網(wǎng)時(shí)若采用電壓環(huán)控制，若發(fā)生保護(hù)則立刻關(guān)管，根據(jù) ，即使電流消失，磁鏈也不會(huì)馬上消失，這時(shí)在定子側(cè)會(huì)有反電勢存在。為防止過快啟動(dòng)引起沖擊，則需要根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子的時(shí)間常數(shù)設(shè)置一個(gè)最小時(shí)間。

3.4 脫網(wǎng)后立即恢復(fù)無風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)電穩(wěn)壓方案由于存在響應(yīng)延時(shí)，所以需要降低關(guān)管電壓值，并且切換發(fā)生保護(hù)再關(guān)閉繼電器，需要20ms左右的時(shí)間，母線電壓下降不多，在母線直接和電網(wǎng)連接，沖擊不大。

4 仿真結(jié)論

4.1 一般脫網(wǎng)工況。從圖3來看，在脫網(wǎng)后，響應(yīng)比較及時(shí)，快速切換成電壓環(huán)，維持穩(wěn)定電壓，恢復(fù)電壓能夠立即輸出功率，達(dá)到了預(yù)計(jì)的效果。

（1）速度變化較平穩(wěn)，力矩接近于零，說明用來維持的動(dòng)能較?。唬?）母線電壓和相電流波形較穩(wěn)定，說明環(huán)路控制穩(wěn)定。

4.2 脫網(wǎng)短時(shí)發(fā)電工況。為了能更真實(shí)模擬脫網(wǎng)期間工況，把可能發(fā)生的都加入仿真模型：（1）速度控制時(shí)母線脫網(wǎng)；（2）脫網(wǎng)期間發(fā)生電磁制動(dòng)；（3）制動(dòng)時(shí)觸發(fā)過壓斬波；（4）電磁制動(dòng)后進(jìn)行速度控制；（5）電網(wǎng)恢復(fù)后，再發(fā)生電磁制動(dòng)。

可以從圖4中看出，無論是電壓過低和過高，控制器都進(jìn)行了有效的控制，保證在脫網(wǎng)穿越期間電機(jī)系統(tǒng)在受控的范圍內(nèi)，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)正常后，工作狀態(tài)恢復(fù)正常。脫網(wǎng)期間電機(jī)系統(tǒng)只有無法響應(yīng)速度控制，其他的功能如電磁制動(dòng)都工作正常。

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作者簡介：殷浩（1983-），男，上海人，就職于格至控智能動(dòng)力科技（上海）有限公司，部門主管，助理工程師，工程碩士，研究方向：電氣工程。

作者單位：同濟(jì)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，上海 201804