永磁同步电机牵引系统技术方案

本发明专利技术提供一种永磁同步电机牵引系统，在轨道交通领域应用过程中，当需要封锁IGBT脉冲，进行逆变单元断电惰行时，断开系统重投单元中的第一三相接触器和第二三相接触器。需要重投入时，如果永磁同步电机处于低速运转下，可以直接投入第一三相接触器，进行重新投入，第二三相接触器不动作，保持断开状态；如果永磁同步电机处于高速运转下，可以投入第二三相接触器，电机定子通过第二三相接触器每相串联的电阻限流和分压，或者通过第二三相接触器每相串联的电感减缓电流上升速率，增加电路时间常数，从而抑制重投入瞬间，电机定子电流和直流侧母线电压上升过快导致过流或过压故障。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机牵引系统
本专利技术涉及电机驱动与控制技术，尤其涉及一种永磁同步电机(PermanentMagneticSynchronousMachine，PMSM)牵引系统。
技术介绍
近年来，国家大力推进“节能减排、绿色出行”的相关政策。电力牵引系统的效率提高，能够有效地节约能耗。永磁同步电机相比于异步电机，不需要额外消耗励磁电流，因此，采用永磁同步电机的牵引系统能够实现高效节能、高能量密度的要求。并且由于永磁同步电机转子不通过电流，转子自身不产生热量，所以永磁同步电机可以实现全封闭式设计。良好的防尘和散热性能，使永磁同步电机牵引系统能够实现轻量化以及更低的全寿命周期成本。永磁同步电机牵引系统越来越多地应用于轨道交通领域。图1为轨道交通车辆牵引变流器拓扑示意图，如图1所示，Udc为直流母线电压；斩波单元由斩波绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)模块和斩波电阻R1组成，用于抑制母线电压抬升；FC为直流侧支撑电容，用于稳定直流侧电压；逆变单元由IGBT模块构成，其中IGBT模块包括开关管及其内部集成反并联二极管，逆变单元通过脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)控制方式完成对电机的调速。轨道交通车辆在实际线路站点间运行时，其工况一般会经历牵引-惰行-制动(或再牵引)，其中惰行工况是指牵引电机输出转矩为零，依靠车辆惯性运行。永磁同步电机牵引系统普遍在逆变单元与永磁同步电机之间，接入三相接触器，在正常情况下不封锁逆变单元，通过控制使电机输出转矩为零(逆变单元不断电)，进入惰行；在故障情况需要封锁逆变单元时，断开三相接触器(逆变单元断电)，进入惰行工况。但在牵引系统故障解除，需要结束惰行工况时，闭合三相接触器瞬间，会产生较大的回馈电流，引起过流故障，严重时会损坏IGBT，而且母线电压也会被抬升，如果控制不及时，会引起系统过压，影响其他设备正常工作，严重时损坏支撑电容。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种永磁同步电机牵引系统，其目的在于解决轨道交通永磁同步电机牵引系统高速下断电-再重投问题。本专利技术实施例提供的永磁同步电机牵引系统，包括依次并联的斩波单元、支撑电容和逆变单元，同时该系统还包括重投单元，所述重投单元包括：所述逆变单元与永磁同步电机之间连接的第一三相接触器，以及与所述第一三相接触器并联的第二三相接触器，所述第二三相接触器的每相串联电阻或电感。在本专利技术的一实施例中，上述斩波单元与直流母线电压的输入端之间连接有直流滤波电抗器。在本专利技术的一实施例中，上述斩波单元包括第一IGBT模块和斩波电阻。在本专利技术的一实施例中，上述逆变单元为包括多个第二IGBT模块的两电平逆变单元或三电平逆变单元。基于上述，本专利技术实施例提供的永磁同步电机牵引系统，在轨道交通领域应用过程中，当需要封锁IGBT脉冲，进行逆变单元断电惰行时，断开系统重投单元中的第一三相接触器和第二三相接触器。需要重投入时，如果永磁同步电机处于低速运转下，可以直接投入第一三相接触器，进行重新投入，第二三相接触器不动作，保持断开状态；如果永磁同步电机处于高速运转下，可以投入第二三相接触器，电机定子通过第二三相接触器每相串联的电阻限流和分压，或者通过第二三相接触器每相串联的电感减缓电流上升速率，增加电路时间常数，从而抑制重投入瞬间，电机定子电流和直流侧母线电压上升过快导致过流或过压故障。附图说明为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为轨道交通车辆牵引变流器拓扑示意图；图2为本专利技术实施例提供的永磁同步电机牵引系统拓扑示意图。附图标记说明：Udc：直流母线电压；FC：支撑电容；R1：斩波电阻；21：斩波单元；22：逆变单元；23：重投单元；24：永磁同步电机；KM1：第一三相接触器；KM2：第二三相接触器；RL：电阻或电感；DCL：直流滤波电抗器。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。轨道交通车辆在实际线路站点间运行时，其工况一般会经历牵引-惰行-制动(或再牵引)，其中惰行工况是指牵引电机输出转矩为零，依靠车辆惯性运行。在传统的异步牵引系统中，惰行工况时，采用封锁逆变单元IGBT开关脉冲实现，此时异步电机定子电流为零，因此转子感应的励磁电流为零，输出转矩为零。如图1所示，在永磁同步电机牵引系统中，由于永磁同步电机转子为永磁体，在转动时会产生反电势，反电势大小由永磁同步电机永磁体磁链与转速共同决定。当转速较高，反电势超过直流母线电压时，会直接封锁逆变单元脉冲，而不断开永磁同步电机，永磁同步电机牵引系统会通过逆变单元IGBT模块中反并联二极管产生回馈电流，从而抬高母线电压，永磁同步电机会产生较大的制动转矩。永磁同步电机牵引系统在逆变单元与永磁同步电机之间接入三相接触器，在正常情况下不封锁逆变单元，通过控制使电机输出转矩为零(逆变单元不断电)，进入惰行；在故障情况需要封锁逆变单元时，断开三相接触器(逆变单元断电)，进入惰行工况。但在牵引系统故障解除，需要结束惰行工况时，闭合三相接触器瞬间，会产生较大的回馈电流，引起过流故障，严重时会损坏IGBT，而且母线电压也会被抬升，如果控制不及时，会引起系统过压，影响其他设备正常工作，严重时损坏支撑电容。尤其在永磁同步电机牵引系统高速下发生故障，需要紧急封锁脉冲(逆变单元断电)，等故障解除后，需要重新投入时，高速下断电-再重投问题是制约永磁同步电机牵引系统在轨道交通领域应用最重要的难题之一。为了在轨道交通领域应用永磁同步电机牵引系统，相关技术采用了多种技术手段和方法解决高速下断电-再重投问题：1)在永磁同步电机牵引系统电机设计时，采用低反电势电机，减小电机转子永磁体磁链，使永磁同步电机在运行转速范围内，等效反电势线电压幅值不会高于母线电压所允许的最大值。然而，永磁同步电机输出同样大小转矩的情况下，反电势越低，所需要的电流越大，因此所需要的变流器容量更大，在同等功率等级下，效率更低。相比于传统的异步牵引系统，低反电势永磁同步电机牵引系统并不能真正在能耗、体积、重量等方面具备较大的优势。2)通过永磁同步电机牵引系统逆变单元和电机的协同设计，提高逆变单元过流能力，提高直流侧过压抑制能力，从而保证永磁同步电机高速下断电-再重投时，不会造成IGBT过流和直流电压过压。然而，提高逆变单元过流能力需要选取较大过流承受能力的IGBT，直流侧过压抑制能力通过增加斩波单元容量实现，因此该方案会大大增加系统成本，并且可能整个系统的容量不能被充分利用。而且整个系统并没有采用措施抑制高速下断电-再重投时的电流，所以系统的安全性能无法得到充分的保证。3)在采用永磁同步电机牵引系统的轨道交通车辆需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机牵引系统，包括依次并联的斩波单元、支撑电容和逆变单元，其特征在于，还包括重投单元；所述重投单元包括：所述逆变单元与永磁同步电机之间连接的第一三相接触器，以及与所述第一三相接触器并联的第二三相接触器，所述第二三相接触器的每相串联电阻或电感。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机牵引系统，包括依次并联的斩波单元、支撑电容和逆变单元，其特征在于，还包括重投单元；所述重投单元包括：所述逆变单元与永磁同步电机之间连接的第一三相接触器，以及与所述第一三相接触器并联的第二三相接触器，所述第二三相接触器的每相串联电阻或电感。2.根据权利要求1所述的系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯晓军，王雨琦，
申请(专利权)人：西安中车永电捷通电气有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61