电力牵引控制系统试卷

电力牵引控制系统试卷（精选8篇）

篇1：电力牵引控制系统试卷

机车电力牵引控制

班级学号姓名

一、填空（每空1分，共20分）

1．电源电流谐波与

2．利用二点式逆变器，只能把中间直流回路的接到电动机上去。

3．东风4型内燃机车励磁电路的调整就是保证在不同主手柄下牵引发电机励磁电流随负载电流的变化而按相应的形曲线变化。

4．电力机车的电气线路按其作用的不同，可分为、和三大部分。

5．有级调速电力机车如SS1有级消磁。

6．为了保证电力机车正常运行，机车上设有辅助电路和辅助机械装置。

7．6K型机车采用牵引电动机，当机车运行于高速区域时，通过控制的办法来达到规定的磁场削弱系数。

8．斩波器主要由组合而成。

9．对于城市电车或地铁动车，一般由直流 的接触网供电。

10．为了机车能安全可靠地工作，必须设置可靠的保护系统，以便在出现各种不利的能及时地采取防护措施。

11．单闭环调节系统对于 都有抑制作用，因为一切扰动最终都要反映到被调量上来，都可以通过测出被调量的偏差而进行调节。

12．系统动态特性的数学表达式，叫做。

13．SS1型机车设有两个两位置开关，即开关和。

14．6G型机车为六轴机车，六台牵引电动机 分成两组，每组三台牵引电动机。

二、名词解释（每题4分，共20分）

1．四象限脉冲整流器：

2．恒压运行：

3．调速性能指标：

4．斩波器：

5、交-直流传动方式：

三、简答题（每题5分，共30分）

1． 串激牵引电机有哪些优缺点？

2． 电阻制动有哪些优缺点？

3． 电力机车上可能发生的过电压有哪几种？

4．移相电路分为哪几种？各有什么用途？

5采用异步电机作牵引电机有哪些优点？

四、叙述题（每题10分，共计10分）

细述SS1型电力机车司机控制器的转换手柄与调速手柄之间的机械联锁作用。

电力牵引控制系统复习题

一、填空

1．电力机车的电气线路按其作用的不同，部分。

2．有级调速电力机车如SS1型机车，它有有级消磁。

3辅助电路和辅助机械装置。

4．6K型机车采用复励牵引电动机，当机车运行于高速区域时，通过控制 励磁整流器而改变它励绕组电流IF的办法来达到规定的磁场削弱系数。

5组合而成。

6．等因素有关系，且不同斩波器情况也不一样。接到电动机上去。

8．东风4型内燃机车励磁电路的调整就是保证在不同主手柄下牵引发电机励磁电流随负载电流的变化而按相应的“马鞍”形曲线变化。

9．对于城市电车或地铁动车，一般由直流 的接触网供电。

10．为了机车能安全可靠地工作，必须设置可靠的保护系统，以便在出现各种不利的工作环境和故障时能及时地采取防护措施。

11． 都有抑制作用，因为一切扰动最终都要反映到被调量上来，都可以通过测出被调量的偏差而进行调节。

13．SS1型机车设有两个两位置开关，即主变压器次边绕组正反串接开关和牵引、制动工况转换开关。

14．6G 分成两组，每组三台牵引电动机并联运行。

二、名词解释

1．四象限脉冲整流器：为了改善机车的功率因数和减少谐波电流对电网的干扰，在交-直-交机车上除电机侧有逆变器以外，电源侧还设有四象脉冲整流器。从本质上讲，四象限脉冲蒸馏器是按斩波方式工作的整流器。所以，它也常被称为脉冲整流器。

2．恒压运行：将电流手柄置于较高给定，使电流环不参与调节，操作电压手柄，则电机端压不断上升，机车加速，当电压手柄停留在某一级位上，则机车保持在这一恒定电压下运行。

3．调速性能指标：就是对调速系统技术性能的定量要求。设计自动控制系统需要满足静态（稳态）和动态两个方面的要求。

4．斩波器：就是将负载与电源接通继而又断开的一种通/断开关，它能从固定输入的电源电压产生出经过斩波的负载电压。

5、交-直流传动方式：就是采用交流牵引发电机，通过大功率硅整流器使交流电变为直流电，然后再供给数台直流牵引电动机。

三、简答题

1串激牵引电机有哪些优缺点？答：交直型电力机车普遍采用串激牵引电机，串激电机具有牛马特性，即起动牵引力大，随着机车速度增加，牵引力相应地减小，基本上具有恒功特性，所以十分适合于机车牵引的需要。它的最大缺点是软特性和防空转能力差，容易超速。

2电阻制动有哪些优缺点？

答：优点：

1、提高列车运行的安全性。

2、减少了闸瓦和轮缘磨耗。

3、提高了列车下坡运行速度。

4、节约了能量。

5、易于实现制动力自动控制。

缺点：低速时，制动力直线下降。改缺点目前有下列几种克服方法：

1、采用加馈电阻制动。

2、将制动电阻分成两级。

3电力机车上可能发生的过电压有哪几种？

答：两种，一种是来自大气的雷击过电压，简称大气过电压，可高达数百万伏，又称外部过电压，通过接触网导线或直接侵入车顶高压部分。

另一种是来自机车内部的电器设备，如硅整流元件的整流换相；电器开关如主断路器的分合等，称为操作过电压货内部过电压。

4移相电路分为哪几种？各有什么用途？

答：移相电路可分为四种：阻容移相，单结晶体管移相、交流与直流叠加移相和锯齿波与直流叠加移相。前两种一般用于功率不大的整流装置，触发系统不经脉冲变压器隔离，直接与主电路晶闸管门级相连接。后两种用于大功率电力机车整流装置，移相电路输出，中间经脉冲信号形成电路（例如单稳电路）和隔离脉冲变压器，再送到晶闸管的门极。

5采用异步电机作牵引电机有哪些优点？

答：

1、由于转速可达4000r/min以上，功率比较大；

2、通过选择最佳传动比，减少电动机质量，而不会影响其性能；

3、由于利用了换向器所占的空间，每单位体积发出的力矩更大；

4、由于定子绕组沿圆周均匀分布，散热条件好，电动机的热利用最佳。

四、叙述题

细述SS1型电力机车司机控制器的转换手柄与调速手柄之间的机械联锁作用。

答：1。当调速手柄在“0”位时，转换手柄可以从其“0”位取出、插入或从“0”位扳倒“后”、“前”或“制”位。

2．转换手柄在“0”位或取出后，调速手柄被锁在其“0”位不能扳动。

3．转换手柄扳倒“前”或“后”位时，调速手柄可以在牵引各位（“0”-“快”）间任意扳动。

4．调速手柄离开“0”位时，转换手柄不能从“后”、“制”或“前”位扳回“0”位。

5．调速手柄在“降、固

1、固

2、升”各位时，转换手柄可以在“前、Ⅰ、Ⅱ Ш”各位来回扳动；同样转换手柄在“前、Ⅰ、Ⅱ Ш”各位时，调速手柄可以在“降、固

1、固

2、升”任意扳动；

6．转换手柄在“制”位时，调速手柄可由“0”位扳倒“制”位，当继续推动调速手柄时便带动电位器转动，通过半控整流桥平滑调节牵引电机励磁电流的大小。

6作为内燃机车的传动装置，主要应完成哪些任务？

1．当机车运行在需要柴油机发出满功率时，应使机车在规定的运行速度范围内保证柴油机在额定功率下工作，既不过载也不欠载；

2．当机车仅需柴油机以部分负荷运行时，应使机车在规定的运行速度范围内保证柴油机能按其经济特性运行；

3．机车应有良好的起动性能。

这三项任务主要依靠调节牵引发电机的外特性来得到。

7电力牵引闭环自动控制系统的基本工作原理。

答：根据司机给定量和检测到的被调量的反馈值进行比较，形成偏差信号E，然后按偏差经调节控制器控制晶闸管整流器的输出电压，即控制牵引电机的输入电压，从而达到控制被调量的目的。

篇2：电力牵引控制系统试卷

单位：中铁建电气化局遂渝五公司项目部姓名：职名：得分：

一、填空题（共10小题，每题2分，共20分）

1、铁路通信、信号、电力、电力牵引供电工程施工应建立、、安全管理体系。

2、施工完成后，应，确认不影响后方可撤离施工现场。

3、接近营业线施工的机械设备，应设监护，防止刮碰列车。

4、作业人员在作业平台上安装作业时，不得、、作业车的作业平台，应降到后方可运行。

5、构支架电杆的组立，应待混泥土基础的强度达到设计值的以上才可回填夯实后，方可进行立杆和二次灌注；达到设计值的70%时，方可进行上杆作业。

6、营业线施工期间，邻线来车时，作业人员应及时避让到安全地点，来车方向。

7、既有线施工接地线的悬挂位置，应与共同确定，不得移动接地线位置。

8、接地施工中，向土壤打入接地极前，应进行地下和的调査和探测。

9、避雷器的接地极距通信电缆不应小于，在地形受限时应加绝缘保护，且最小距离不应小于.接地引线与通信电缆无法避免交叉

时，交叉垂直距离不得小于，交叉角度为。

10、当邻线未时，作业车任何部位不得邻线建筑限界。

一、判断题（共10个小题；每小题2分，20分）

1、作业架升、降时使用车梯时，应指定车梯负责人，每辆车梯推服

人员不得少于3人。（）

2、当车梯在大坡道上作业时，应采取防止滑移的措施；遇5级以上

强风、浓雾等恶劣天气应停止施工。（）

3、基坑开挖作业时，应经常清理排水沟，防止弃土堵塞排水沟；若需

将排水沟侧移时，应保证其不小于原沟的排水量。（）

4、承力索、接触网架设作业车上有作业人时，行车应平稳且速度不得

超过10km/h;架线车应匀速运行。（）

5、接触线架设时每跨内应用不少于2根吊线、160km/h及以上区段应

用滑轮临时固定，在曲线外侧支柱定位环上应用铁线将放线滑轮

临时固定。（）

6、牵引变电所施工接地极连接可靠，螺栓连接处应除锈、涂电力复合脂。接地极距离地面深度不得大于0.6m。()

7、附加导线跨越铁路、二级及以上公路和重要的通航河流时不得有接头。

接头位置距悬挂点不大于500mm。

8、附加导线架设时，一个耐张段内接头，断股补强处数不超过：500m时为

1个，1000m及以下为2个，1000m以上为3个。（）

9、高压设备发生接地故障时，在室内工作人员不得靠近故障点4m范围内，在室外不得靠近故障地点6m范围内。（）

10、上（下）行接触网带电设备距下（上）行电力机车受电弓瞬时距离不应

小于2m,困难时不应小于3m。（）

三、选择题（共10小题，每题2分，共20分）

1、既有电力牵引供电扩能改造工程中，停电且影响运营的施工时必须（）

A、申报停电计划，停电并封锁线路 B、申报停电封锁计划，并封锁线路 C、申报停电封锁计划，停电并封锁线路 D、申报停电计划，并封锁线路

2、在距封锁时间结束（），驻站联络员应及时向施工现场通报，施工负责人根据剩余时间，调整工作计划，确保行车运输安全。A、30分B、20分C、10分D、30分20分 10分

3、在施工封闭点接近结束时间，做好拆除底线的准备工作时应按什么步骤

操作（）

A、首先拆除底线悬挂端，向施工负责人报告，然后拆除接地端连接。

B、接到施工负责人拆除接地命令后，首先拆除底线悬挂端，并向施工负责人报告，然后拆除接地端连接。

C、接到施工负责人拆除接地端命令后，首先拆除接地端连接，并向施工负责人报告，然后拆除底线悬挂端。

D、首先拆除接地端连接，向施工负责人报告，然后拆除底线悬挂端。

4、V形天窗停电作业接地线设置时，两接地线间距大于（）m时，应在中间增设接地线。

A、1000mB、800mC、1200mD、1500m5、双线并行区段V停作业时，上、下行接触网带电设备间的距离不应小于多少米,困难时不应小于多少米？（）A、1.6，2B、2,1.6C、3,1.5D、1.5,36、双线并行区段V停作业时，所有上、下行线间横向分段绝缘子串，爬电距离必须保证不应小于多少米，污染严重的区段不应小于多少米？（）

A、1.6，1.2B、1.2,1.6C、1.6,1.8D、1.8,1.67、双线并行区段V停作业时，在线间距小于6.5m地段成锚段更换接触线、承力索作业时，邻线列车应限速（）km/h及以下，才能按规定进行防护。A、100B、120C、140D、160

超过（）

A、500m时为1个，1000m及以下为2个，1000m以上为3个B、600m时为2个，1000m及以下为3个，1000m以上为4个C、500m时为2个，1000m及以下为3个，1000m以上为4个

8、接触网绝缘测试应统一指挥，各专业地点之间通信联络必须通畅，按照（）的顺序进行绝缘测试。A、先供电臂，站，后区B、先站、区，后供电臂C、先供电臂，后站、区D、先站，区，后供电臂

9、接触网冷滑试验前应符合的安全要求（）

A、准备检测的区段两端接触网上应做好临时接地线B、冷滑试验车安全监视员应面向冷滑试验车的前进方向

C、试验车上应有紧急降弓装置，冷滑试验车上受电弓在冷滑试验时应接地

D、冷滑试验车运行时，试验负责人、运转车长、安全监视员、司机间应配备无线对讲机，互相联络应畅通。

10、附加导线架设时符合的安全要求中，一个耐张段内接头，断股补强数不

D、600m时为3个，1000m及以下为4个，1000m以上为4个

四、简答题（共4小题，每题10分，共40分）

1、施工过程中，施工单位应如何加强安全管理工作？ 答：

2、承力索、接触网架设完成后应符合的下列安全要求？ 答：

3、电力牵引供电系统开通前，施工单位应做的安全准备工作有？ 答

篇3：电力牵引系统谐波测量探讨

1 牵引变压器模型

牵引变电所的作用是将三相交流电变换成单相, 再供给牵引网和电力机车。我国电气化铁路牵引变电站大多采用专用的牵引变压器将三相电力系统的电能传输给2个各自带负荷的单相牵引线路, 这2个单相牵引线路分别给上下行的电力机车供电。电气化铁道通过牵引变电所高压侧从供电系统受电, 通过低压侧向馈电臂送电, 各馈电臂下的各台运行电力机车的谐波电流汇总到牵引变电所再注入供电系统。线路电压三相侧一般为110 k V, 两相侧 (即牵引线路对轨道电压) 为25 k V。

在我国电气化铁道上得到广泛应用的变压器有Scott接线变压器和阻抗匹配平衡变压器等。Scott接线变压器属于能完成三相—两相变换的平衡变压器, 用于我国的电气化铁道已有近20年历史, 因此这里以它为例进行建模。

斯考特 (Scott) 接线的变压器可看作是由2个单相变压器构成, 可以采用单铁心结构, 亦可采用双铁心结构, 其接线如图1所示。将1台变压器1次绕组的末端联结到另1台变压器1次绕组的中央, 便可组成T形联结的三相一次绕组, 这样联结的2台单相变压器便可用作三相变两相的变压器。这2台单相变压器, 前者称为梯塞 (Teaser) 变压器, 简称为梯变或T变, 后者称为主 (Main) 变压器, 简称为主变或M变[1]。

从三相两相变换角度也可把2个二次绕组分别称为β相与α相。目前我国电气化铁道所用的Scott接线变压器一般采用全绝缘式线圈, 一次侧中性点O (位于绕组AD的2/3处) 不抽出。A、B、C 3个一次侧端子接110 k V三相电网, 一次绕组BC的额定电压为110 k V, 绕组AD的额定电压为110/2 k V。2个二次绕组的额定电压均为25 k V, 用于向25 k V的牵引网供电。

当一次侧施加三相对称电压时, 如果二次侧两相负载大小相等、功率因数相等, 则二次侧两端口电压保持大小相等、相位相差90°, 此时一次侧三相电流亦对称, 从而实现了三相到两相的对称变换。

2 电力机车模型

本文以SS6B型电力机车为代表研究交直型电力机车。该型电力机车电传动系统采用标准化的不对称三段半控桥整流电路实施相控调压, 实现了恒流准恒速控制的牵引调速特性。同时设有功率因数补偿装置, 利用谐振原理重点对三次谐波分量进行吸收, 使机车网侧电源获得较高的功率因数和较小的谐波干扰电流。

牵引电动机供电方式是采用转向架独立供电方式, 即1个转向架与3台牵引电动机并联, 由1台主整流器供电。全车2个三轴转向架, 具有2台独立的无级调压相控主整流器[2]。为实现转向架独立控制方式, 每台机车采用2套独立的整流调压电路, 分别向相应的转向架供电。图2为SS6B型电力机车一个转向架供电的不等分三段半控整流桥的主电路图。

在半相控整流控制方式及大电感带反电动势负载时, 晶闸管整流输出电压Ud的平均值为:

式中, U2为机车主变压器二次侧电压的有效值;α为整流电路晶闸管的触发角, 0°≤α≤180°。

3 基于倍频旋转变换的谐波测量方法

基于倍频旋转变换的谐波测量方法, 首先通过基波分离电路检测基波, 再按谐波次数的顺序, 逐步分离各次谐波。该方法的改进之处是可以同时检测出某一频率的正序谐波和负序谐波, 基于倍频旋转变换的谐波测量方法的基本原理如图3所示[3]。

假设已分离出基波和前面m-1次谐波, 剩下所有的谐波为[ia∑m ib∑mic∑m]T。它由2个部分组成:

第m次谐波电流[iamibmicm]T以及第m+1次及以上各次谐波电流的总和[ia∑ (m+1) ib∑ (m+1) ic∑ (m+1) ]T。还需将第m次谐波电流检测出来。首先将谐波电流总和[ia∑mib∑mic∑m]T变换为α-β坐标系中的向量, 如下所示:

然后进行m倍频旋转变换, 即将虚拟单位正序电压向量和虚拟单位负序电压向量变换为:

再对第m次谐波检测中的瞬时有功功率和瞬时无功功率进行低通滤波, 滤除其中的谐波分量, 则可以得到瞬时有功功率和瞬时无功功率中的正序直流分量和负序直流分量。然后就可以求出第m次谐波电流的正序向量和负序向量, 分别为:

反变换可以得到a、b、c三相第m次谐波的正序电流和负序电流, 分别为:

最后得到第m+1及以上次谐波电流的总和, 即:

将所求得的第m+1次及以上各次谐波电流总和[ia∑ (m+1) ib∑ (m+1) ic∑ (m+1) ]T作为下一次谐波检测的输入向量, 即可求出第m+1次谐波电流的正序分量[ia (m+1) 1ib (m+1) 1ic (m+1) 1]T、负序分量[ia (m+1) 2ib (m+1) 2ic (m+1) 2]T以及第m+2次及以上各次谐波电流的总和[ia∑ (m+2) ib∑ (m+2) ic∑ (m+2) ]T。依此类推, 就可以求出各次谐波电流的正序分量和负序分量。

采用谐波含有率 (Harmonic Ration, HR) 作为波形畸变的指标。第h次谐波分量的有效值 (或幅值) 与基波分量的有效值 (或幅值) 之比, 即第h次谐波电流含有率为:

4 结语

(1) 建立了电力牵引系统中的牵引变压器和电力机车的基本模型。 (2) 在瞬时无功功率的理论基础上, 介绍了基于倍频旋转变换的谐波测量方法。 (3) 为后续电力牵引系统仿真模型建立和谐波测量分析研究提供指导作用。 (4) 本文的研究成果对于电力牵引系统的谐波分析以及改善措施的采取具有重要的参考价值。

摘要：针对电力牵引系统中因采用大功率整流电路对电网产生各次谐波的影响, 建立电力牵引物理模型, 提出了采用倍频旋转变换来测量其各次谐波的含量的方法, 为电网谐波治理及提高电力系统电能质量提供参考借鉴。

关键词：电力牵引系统,谐波电流,倍频旋转变换法

参考文献

[1]张一工, 肖湘宁.现代电力电子技术原理与应用.北京:科学出版社, 1999

[2]吴命利, 范瑜, 辛成山.Scott接线牵引变压器运行特性与等值模型研究[J].电工技术学报, 2003, 18 (4) :75～80

[3]刘凤, 李群湛.SS6型电力机车仿真模型建立及谐波电流分析[J].西北电力技术, 2005, 6 (9) :68～75

篇4：牵引电力电缆故障分析

摘 要：随着国家加大对基础能源设施的投资，两网改造的完成，运行电缆的数量已急剧增加，城市化的快速发展带来建设项目的大量增加，引起电缆故障大大增加，运行单位给用户的承诺要求快速解决故障，保证供电。而市场上现有的电力电缆的故障测试仪器，尽管品种较多，但均显笨、大、繁，操作不方便，难以快速掌握。因此，为解决现场故障查找难题，本文重点就牵引电力电缆故障进行了分析和探究，以满足现场故障检测快速恢复供电之急需。

关键词：电气化铁路；电气电缆；故障电流

电力电缆是电网中至关重要的组成部分，对电网的安全运行意义重大，与人们日常生活和工业生产息息相关。因此，相关工作中必须认真研究造成电力电缆故障的常见因素，了解电力电缆故障的基本类型，努力掌握好电力电缆故障的各种检测方式，有效采取绝缘电阻测量、直流耐压试验和泄漏电流的测量等电力电缆故障的预防测量措施，从而有效减少电力电缆故障发生率，促进电网的安全与稳定。本文着重介绍牵引电力电缆故障测试技术方法与基本原理。

一、电力电缆故障原因分析

电缆出现外力损伤的原因主要是施工机械如挖掘机、推土机、载重汽车等直接损坏电缆，从而造成故障发生短路跳闸或伤及绝缘而留下事故的隐患。由于铁路正处于快速发展的阶段，新线建设及改造施工现场比比皆是，尤其是临近既有线施工很容易发生外力损伤类型的电缆故障或隐患。实际运行中显示，普速铁路发生外力损伤型电缆故障相对较多。电缆施工质量问题主要有两方面：一是外部环境因素，主要包括电缆埋设过浅，导致电缆外露没有保护；弯曲半径过小；电缆沟内杂物积水过多；电缆敷设过程中外皮划损留下的隐患等；二是制作技术水平，主要包括电缆头附件安装不符合工艺要求；电缆头制作时没有达到规定标准。根据运行经验，高速铁路因施工质量问题引发的电缆故障较多，尤其是外护套破损（隐患）导致电缆故障尤为突出。电缆运行问题，用户的过负荷用电会造成电缆绝缘枯干、脆化，使电缆绝缘强度降低、表面温度过高，会造成电缆故障，严重情况下可能引起火灾。

二、电力电缆故障测寻方法

（一）电桥法

在电缆线路测试端，将良好相和故障相导体分别作为电桥的两个桥臂接在测试仪器上，将另一端两相导体跨接以构成回路。调节电桥，当电桥平衡时，对应桥臂电阻乘积相等，而作为电桥两个桥臂的电缆导体的电阻值与其长度成正比，于是可把电缆导体电阻之比转换为电缆长度之比，根据电桥上可调电阻和标准电阻数值，即可计算出电缆故障点初测距离。主要用于电阻值在100kΩ以下的单相、两相、三相以及相间短路（接地）故障。一般不宜用于测试高阻和闪络故障。由于电桥法主要根据现场电压表和电阻比人工计算电缆故障距离，其准确度不高，因此只能局限在一定范围内使用。

（二）脉冲法

脉冲法是应用脉冲波技术进行电缆故障测距的方法。其中又分为低压脉冲反射法、直流高压闪络测试法、冲击高压闪络测试法三种。低压脉冲法工作原理为，在测试端注入低压脉冲波，脉冲波沿电缆传播到故障点产生反射再回送到测试仪器，一起记录了发射波脉冲波与反射脉冲波的时间间隔Δt，已知脉冲波在电缆中传播速度V，即可计算出故障点距离。直闪法工作原理为，在测试端对电缆线路故障相施加直流电压，当电压升到一定值时，故障点发生闪络放电，利用闪络放电产生的脉冲波及其反射波在一起上的记录的时间间隔Δt，从而、计算出故障点距离。在实际工作过程中我们发现，在铁路电力系统的电缆故障总体来说主要为高电阻故障和低电阻故障。脉冲法中的低压脉冲法和冲闪法在解决低阻、高阻电缆故障中，精确度高，不受人工因素的影响，所以成为电力电缆故障测寻的主要应用方法。

三、高速铁路电力电缆故障测寻

2014年5月17日，某配电所电源线路故障跳闸，经分析测量判定为电源进线电缆故障，两相短路。通过故障智能定位仪系统测出故障点距电缆终端头处341m。因资料缺失，只能凭老职工指认电缆路径，无法准确进行路径定位。通过声磁同步法对疑似区段进线探测，在一处电缆中间发现放电声音。取出电缆，发现冷缩头处外绝缘有破口现象。在此处截断，再次对所内终端至截断处进行测试，结果显示，此段电缆全长383m，故障点仍为341m。使用路径探测仪及测距轮倒查42m，取出电缆，确认此处为故障点。故障分析为电缆在341m处线芯粘黏导致两相短路，但外绝缘层无破损，在使用二次脉冲法对故障点进行冲击时没有击穿，因为故障点无放电声或是声音过小，未能通过收听仪辨别出，同时在383m外绝缘处存在破口，形成放电声响，干扰了精确定位。电力电缆故障查找是一项技术性与经验性都比较强的工作。长期以来，测试人员所掌握的探测技术与测试经验都是从现场实际测试中获得的。然而，对一个供电部门的检修人员来说，其所管辖范围的电缆故障数量有限，从实际工作中获取故障查找技术与经验的机会不多，要想全面掌握电缆故障查找这门技术并拥有丰富的经验需要长期从事一线工作的积累和不断与同行进行切磋研究。我们要在工作中善于思考，勤于总结，不断积累工作经验，这样才能够找到排除故障的有效途径。

四、结束语

铁路电力牵引的安全可靠运行关系民生和国家的和谐发展，对电力故障的诊断以及在现监测、专家状态评估等课题的进一步深入研究势在必行。在线监测技术的开发刻不容缓。针对电缆的故障预防，出现故障快速测定故障距离，快速抢修，降低输电线路的故障率。所以要把电力电缆在线监测和诊断以及故障测距，后台专家实时系统等联合起来，共同保证电力系统的可靠性运行。此外，技术人员还要做好电缆径路走向图的编制和电缆中间位置的标记，为日后查找电缆故障提前打好基础。一旦发生电缆故障，我们应充分利用先进的电缆故障探测仪，结合日常积累的方法和经验，快速找到故障点，及时组织抢修处理并快速恢复

送电。

参考文献：

[1]张金平.10kV电力电缆施工故障案例分析[J].科技与企业，2014.

篇5：电力牵引控制系统试卷

1：列写SPWM控制时，在不同输出频率条件下所测量的各种波形和电机工作情况

SPWM

30HZ

同步调制

CH1=20.0mv

CH1/23.2mv

CH1=50.0mv

CH1/314mv

CH1=200mv

CH1/1.15v

SPWM

30HZ

异步调制

CH1=20.0mv

CH1/124mv

CH1=200mv

CH1/1.12v

CH1=5.00v

CH1/31.4v

SPWM

30HZ

混合调制

CH1=10.0mv

CH1/62.8mv

CH1=100mv

CH1/628mv

CH1=100mv

CH1/31.2v

2：列写电压空间矢量控制时，在不同输出频率条件下所测量的各种波形和电机工作情况

SVPWM

50HZ

同步调制

CH1=10.0mv

CH1/62.8mv

CH1=10.0mv

CH1/31.2v

CH1=5v

CH1/27.4v

SVPWM

50HZ

异步调制

CH1=10.0mv

CH1/62.8mv

CH1=100mv

CH1/560mv

CH1=5.00v

CH1/27.2v

SVPWM

50HZ

混合调制

CH1=10.0mv

CH1/62.8mv

CH1=50.0mv

CH1/27.2v

CH1=5.00v

CH1/27.2v

SVPWM

30HZ

同步调制

CH1=10.0mv

CH1/65.2mv

CH1=50.0mv

CH1=100mv

CH1/652mv

SVPWM

30HZ

异步调制

CH1=10.0mv

CH1/65.2mv

CH1=50.0mv

CH1/326mv

CH1=5.00v

CH1/27.2v

SVPWM

30HZ

混合调制

CH1=20.0mv

CH1/130mv

CH1=50.0mv

CH1/326mv

CH1=5.00v

CH1/27.2v

3．调节低频补偿度，列出电机能均匀旋转的最低工作频率。

0.2Hz,0.12Hz 4．SPWM控制，电压空间矢量控制，不同调制方式时的电机气隙磁通轨迹，定子电流及电机平稳性与噪声比较。

电压空间矢量控制与SPWM控制相比较，电机气隙磁通轨迹，效果更加的明显，电机更加的平稳，噪声更小。同步调制，异步调制，混合调制定子电流越来越小，电机越来越平稳，噪声越来越小。

七．思考题

1．低频时定子压降的补偿度是否越大越好？过大了会造成何种不良结果？应该如何调节才算恰到好处？

不是越大越好。端电压提高过大，会使转矩过大，使得磁通太强，使铁芯饱和，导致励磁电流过大，严重时因绕组过热会孙桓电机。2．SPWM控制主要着眼于使逆变器输出电压尽量接近正弦波，那么电压空间矢量控制的目标是什么？它与SPWM控制相比，有哪些特点？ SVPWM的目标是电动机空间形成圆形旋转磁场，能产生恒定的电磁转矩。在每个小区间虽然有多次开关切换，但但是每次开关切换仅涉及一个器件，所以开关损耗小；利用SVPWM直接生成三相PWM波，计算简单；逆变器输出电压基波最大值比PWM的输出电压高15%。3．设单相输入的交-直-交变频调速系统的直流母线电压为310V，按SPWM控制时电机线电压的最大值为几伏？如要达到电机线电压为220V有否可能？如何实现？

篇6：电力牵引控制系统试卷

[题型]:单选

[分数]:1.67

1.电力拖动系统稳定运行点的条件是()。

A.电动机机械特性与负载机械特性的交点；

B.电动机机械特性与负载机械特性的交点，且；

C.电动机机械特性与负载机械特性的交点，且答案:B。

2.右图中的T是电动机的机械特性曲线，Tl是负载的机械特性曲线。在交点A点电力拖动系统的运行状态是（）。

A.稳定 B.不稳定 C.不确定

答案:A

3.电力拖动系统稳定运行点的条件是（）。

A.电动机机械特性与负载机械特性的交点；

B.电动机机械特性与负载机械特性的交点，且；

C.电动机机械特性与负载机械特性的交点，且答案:B。

4.在直流V－M系统的动态结构图中，其中的Ks/(Ts S+1)环节是晶闸管触发装置加整流桥的传递函数，当采用三相全控桥式可控整流电路时，Ts工程上一般取值为()。

A.10ms；

B.5ms；

C.3.33ms；

D.1.67ms。

答案:D

5.在直流V－M系统的动态结构图中，其中的Ks/(Ts S+1)环节是晶闸管触发装置加整流桥的传递函数，当采用三相全控桥式可控整流电路时，Ts工程上一般取值为（）。

A.10ms；

B.5ms；

C.3.33ms；

D.1.67ms。

答案:D

6.当转矩T与转速n的方向一致时电动机工作在（）状态。

A.电动 B.制动

答案:A

7.晶闸管反并联可逆调速电路中，采用α、β配合控制可以消除（）。

A.直流平均环流

B.静态环流

C.瞬时脉动环流

D.动态环流。

答案:A

8.晶闸管反并联可逆调速电路中，采用α、β配合控制可以消除()。

A.直流平均环流

B.静态环流

C.瞬时脉动环流

D.动态环流。

答案:A

9.直流电动机常用电磁制动方法最节能的方法是（）。

A.能耗制动 B.反接制动 C.反转倒拉制动 D.回馈制动

答案:D

10.交流感应电动机调压调速时，其转差功率()。

A.不变

B.全部以热能形式消耗掉

C.大部分回馈到电网或转化为机械能予以利用

答案:B

11.直流电机的主导调速方法是（）。

A.调压调速

B.电枢回路串电阻调速 C.弱磁调速

答案:A

12.交流感应电动机调压调速时，其转差功率（）。

A.不变

B.全部以热能形式消耗掉

C.大部分回馈到电网或转化为机械能予以利用

答案:B

13.V-M调速系统是采用调速方式是（）。

A.调压调速

B.电枢回路串电阻调速 C.弱磁调速

答案:A

14.交流感应电动机调压调速时，对恒转矩负载，在选用电动机时，应选用(A.普通感应电动机

B.高转差电机或交流力矩电机

C.都可以

答案:B

15.交流感应电动机调压调速时，对恒转矩负载，在选用电动机时，应选用()。A.普通感应电动机

B.高转差电机或交流力矩电机)。

C.都可以

答案:B

16.关于双闭环直流调速系统，正确的是（）。

A.速度是外环，电流是内环 B.速度是内环，电流是外环 C.速度环的输出与电流环无关

答案:A

17.串级调速的基本原理是()。

A.在电机转子中加入与转差电势同频率的附加电势； B.在电机转子中加入三相对称的可调电阻； C.在电机转子中加入频率可调的附加电势。

答案:A

18.串级调速的基本原理是（）。

A.在电机转子中加入与转差电势同频率的附加电势； B.在电机转子中加入三相对称的可调电阻； C.在电机转子中加入频率可调的附加电势。

答案:A

19.感应电动机串级调速系统当调速范围较小时，电动机起动时一般采用的方法是()。

A.用串级调速装置调速起动；

B.转子外接起动电阻起动；

C.定子降压起动。

答案:B

20.在αβ配合控制的直流有环流反并联可逆调速系统中，当电机工作在第二象限时，关于其正组整流桥VF和反组整流桥VR所处的状态，说法正确的是（）。

A.VF整流、VR待逆变 B.VF逆变、VR待整流 C.VR整流、VF待逆变 D.VR逆变、VF待整流 E.VR逆变、VF封锁

答案:D

21.感应电动机串级调速系统当调速范围较小时，电动机起动时一般采用的方法是（）。A.用串级调速装置调速起动；

B.转子外接起动电阻起动；

C.定子降压起动。

答案:B

22.感应电动机串级调速系统中，串级调速装置的容量()。

A.随调速范围D的增大而增加； B.随调速范围D的增大而减小； C.与调速范围D无关。

答案:A

23.感应电动机串级调速系统中，串级调速装置的容量（）。

A.随调速范围D的增大而增加； B.随调速范围D的增大而减小； C.与调速范围D无关。

答案:A

24.直流斩波调速系统在回馈电流可控的回馈发电制动时，直流电动机的反电势（）直流电源的电压。

A.大于 B.等于 C.小于

答案:C

25.感应电动机次同步串级调速系统在电动机回馈制动时，电动机工作在机械特性T-n坐标系中的（）。

A.第一象限中的B.第一象限中的C.第二象限中的D.第二象限中的答案:C 的区域；

的区域； 的区域；

的区域；

26.电流可反向的两象限直流PWM调速系统稳态工作时，当直流斩波器输出电压的平均值大于电机反电势时，它工作在（）。A.一象限 B.二象限 C.三象限 D.四象限

答案:A

27.感应电动机次同步串级调速系统在电动机回馈制动时，电动机工作在机械特性T-n坐标系中的（）。

A.第一象限中的B.第一象限中的C.第二象限中的D.第二象限中的答案:C 的区域； 的区域； 的区域； 的区域；

28.感应电动机超同步串级调速系统在电动工况运行时，电动机转子侧的可控整流器工作在()状态。

A.不控整流；

B.可控整流；

C.无源逆变；

D.有源逆变；

E.不一定。

答案:D

29.带恒转矩负载的异步电动机交流调压调速系统，在选用电动机时，应选用（）。

A.普通低转差异步机

B.高转差电机或交流力矩电机 C.都可以

答案:B

30.感应电动机超同步串级调速系统在电动工况运行时，电动机转子侧的可控整流器工作在（）状态。

A.不控整流；

B.可控整流；

C.无源逆变；

D.有源逆变；

E.不一定。

答案:D

31.某串级调速系统中，异步电动机的额定功率为估算功率变换器的容量是（）。

PN1000kW，调速要求smax0.1，可近似A.50kW

B.100 kW

C.115 kW D.200 kW

答案:C

32.区分感应电动机次同步串级调速与超同步串级调速的方法是()。

A.以电动机是否工作在同步转速以上或以下来区分； B.以电动机调速范围的大小来区分； C.以转子转差功率的传递方向来区分。

答案:C

33.区分感应电动机次同步串级调速与超同步串级调速的方法是（）。

A.以电动机是否工作在同步转速以上或以下来区分； B.以电动机调速范围的大小来区分； C.以转子转差功率的传递方向来区分。

答案:C

34.无刷直流电动机调速系统的功率变换器实质上是逆变器，他的变频方式是（）变频。

A.他控式；

B.自控式；

C.矢量控制式。

答案:B

35.双极性工作的逆变器在不同工作方式时，其直流电压利用率大小不同。六拍型工作方式的直流电压利用率（）SPWM工作方式的直流电压利用率。

A.大于 B.等于

C.小于

D.不确定

答案:A

36.无刷直流电动机调速系统的功率变换器实质上是逆变器，他的变频方式是()变频。A.他控式；

B.自控式；

C.矢量控制式。

答案:B

37.永磁无刷直流电动机与永磁同步电动机其结构非常相似,但永磁无刷直流电动机的气隙磁密波形近似是()。

A.方波；

B.梯形波；

C.阶梯波；

D.正弦波。

答案:B

38.永磁无刷直流电动机与永磁同步电动机其结构非常相似,但永磁无刷直流电动机的气隙磁密波形近似是（）

A.方波 B.梯形波 C.阶梯波 D.正弦波

答案:B

39.永磁无刷直流电动机与永磁同步电动机其结构非常相似,但永磁无刷直流电动机的气隙磁密波形近似是（）。

A.方波；

B.梯形波；

C.阶梯波；

D.正弦波。

答案:B

40.永磁同步电动机矢量控制系统对电机有（）个独立控制变量。

A.2 B.3 C.4

答案:A

41.无刷直流电动机的控制离不开位置检测器，它使用的是()位置检测器。

A.绝对式；

B.增量式；

C.两者都有可能。

答案:A

42.无刷直流电动机的控制离不开位置检测器，它使用的是（）位置检测器。

A.绝对式；

B.增量式；

C.两者都有可能。

答案:A

43.交流电动机变频调速系统在采用矢量控制(磁场定向控制)时，永磁同步电动机系统的定子旋转磁势应保持与（）垂直。

A.转子磁极轴线；

B.气隙磁通轴线；

C.转子磁链轴线；

D.定子A相绕组轴线。

答案:A

44.交流电动机变频调速系统在采用矢量控制(磁场定向控制)时，永磁同步电动机系统的定子旋转磁势应保持与()垂直。

A.转子磁极轴线；

B.气隙磁通轴线；

C.转子磁链轴线；

D.定子A相绕组轴线。

答案:A

45.永磁无刷直流电动机的调速系统中的功率变换器实质上是直流变换成交流的逆变器，它的变频方式是（）。

A.他控式 B.自控式 C.矢量控制式

答案:B

[试题分类]:专升本《电力拖动与控制系统》_08024350

[题型]:作图

[分数]:10 1.画出反并联有环流可逆直流调速系统的系统原理图，电机可以在几象限工作？

答案:系统原理图:

电机可以在四个工作象限

2.画出反并联有环流可逆直流调速系统的系统原理图，电机可以在几象限工作？

答案:{ 系统原理图:

[MISSING IMAGE: , ] 电机可以在四个工作象限 }

3.画出次同步串级调速系统电动工况时能量传递简图，此时转差功率流向如何？

答案:转差功率Ps一部分以热能形式损耗掉了，大部分回馈电网了

4.画出次同步串级调速系统电动工况时能量传递简图，此时转差功率流向如何？ 答案:{

[MISSING IMAGE: , ] 转差功率Ps一部分以热能形式损耗掉了，大部分回馈电网了 }

[试题分类]:专升本《电力拖动与控制系统》_08024350

[题型]:多选

[分数]:2

1.在、配合控制的有环流反并联可逆调速系统中，当电机工作在第二象限回馈发电状态时，其正组整流桥处在（）状态，反组整流桥工作在（）状态。

A.整流；

B.待整流；

C.逆变；

D.待逆变；

E.封锁。

答案:A,D

2.V-M系统断流时，电机的机械特性的变化有（）。

A.斜率的绝对值变大 B.斜率的绝对值变小 C.理想空载转速变大 D.理想空载转速变小

答案:A,，,C

3.同步电动机及感应电动机的矢量控制系统都要用到电机的坐标变换，矢量控制系统的给定、运算、调节等都在（）中进行，而最终执行是在（）中进行。

A.同步旋转的两相系统；

B.静止的两相系统；

C.静止的三相系统。

答案:A,C

4.关于电机调速系统的两个静态指标，调速范围和静差率下面说法正确的有（）。A.闭环系统可以降低调速范围 B.闭环系统可以提高调速范围 C.闭环系统可以降低静差率 D.闭环系统可以提高静差率

答案:B,，,C

5.在直流电机的几种调速方法中，属于恒转矩调速有（）。

A.调压调速

B.电枢回路串电阻调速 C.弱磁调速

答案:A,，,B

6.交流异步电动机调速系统中属于转差功率消耗型的有（）。

A.交流调压调速 B.串级调速系统 C.变频调速

D.转子回路串电阻的调速

答案:A,，,D

7.串级调速系统中的逆变变压器的作用有（）。

A.电压匹配 B.电气隔离 C.升压 D.降压

答案:A,，,B,，,D

[试题分类]:专升本《电力拖动与控制系统》_08024350

[题型]:填空

[分数]:3.5

1.电力拖动系统做旋转运动时的常用运动方程式为_____。

答案:|

2.电流可反向的两象限直流PWM调速系统稳态工作时，当输出电压的平均值大于电机反电势时，它工作在____象限；当输出电压的平均值小于电机反电势时，它工作在____象限。答案:Ⅱ|Ⅰ

3.感应电动机转差频率控制的VVVF变频调速系统满足____________且____________这两个条件。

答案:绝对转差角频率[MISSING IMAGE: , ]较小（一般使[MISSING IMAGE: , ]）|[MISSING IMAGE: , ]恒定

4.三相桥式反并联可逆调速电路一般需要配置____个限环流电抗器；三相桥式交叉连接可逆调速电路需要配置____个限环流电抗器。答案:4|2

[试题分类]:专升本《电力拖动与控制系统》_08024350

[题型]:简答

[分数]:5

1.晶闸管反并联可逆调速电路中的环流一般分哪两大类？α、β配合控制可以消除哪种环流？

答案:

{静态环流和动态环流。α、β配合控制可以消除静态环流中的直流平均环流；}

2.异步电动机交流调压调速系统应用于风机泵类时为什么能节能？ 答案:

篇7：牵引变电所期末试卷A

一、填空：（1分×39）

1、世界上第一条电气化铁路建造于年，我国第一条电气化铁路是路。电气化铁路运输的优越性主要体现在如下几个方面：（1）；（2）；（3）（4

（5）。

2、电力系统是一个包括、配电、电力系统中的用户按其对供电连续性的要求不同，可分为：、荷。

3、习惯上将、和接触网统称为牵引网。牵引供电回路是：牵引变电所→→接触网→→→钢轨和大地→

4、高压断路器由和基座组成，其中是核心。

5、隔离开关的主要用途是：（1），（2），（3）。隔离开关是本体结构由、、和组成。

6、熔断器可分为、两大类，它由、二、选择：（2分×5）

1.牵引变电所的电气主接线应力求（）。

A．简单、清晰、操作方便B.复杂、清晰、操作方便

C.复杂、清晰、操作可靠D.以上答案都不对。

2、.牵引变电所内倒闸作业的主要内容有：（）

A． 倒换电源；倒换主变压器；断路器的退出、投入。

B． 倒换电源；倒换主变压器。

C． 倒换电源；断路器的退出、投入。

D.以上答案都不对。

3．隔离开关带接地闸刀时，送电时（）。

A．应先断接地闸刀，后合主闸刀。B.应先断主闸刀，后合接地闸刀。应先断接地闸刀，后断主闸刀。D.以上答案都不对。

4．配电装置的结构及其中电气设备的布置、安装状况，通常是用（）来表示的。

A．配置图、断面图

B．平面布置图、断面图

C．平面布置图、配置图

D．平面布置图、配置图、断面图

5．二次接线图一般分为（A）。

A． 归总式原理接线图、展开式原理接线图和安装接线图

B． 归总式原理接线图、展开式原理接线图

C． 展开式原理接线图和安装接线图

D． 以上答案都不对。

三、判断：（1分×5）

1．用来表明二次设备的配置。相互连接关系和工作原理的电气接线图，称为二次电路图，即二次接线图。（）

2.牵引变电所综合采用了音响与灯光监视控制电路。（）

3.电气设备正常运行需要的接地称为工作接地。（）

4.屋内配电装置的电压等级一般在35 kV以上。（）

5.开闭所多设在枢纽站，故单线区段，开闭所由相邻两供电分区的接触网供电。（）

四、简答：（共46分）

1、什么是开闭所？它有何作用？（6分）

2、互感器在电力系统中有何作用？电压互感器有何特点？（10分）

3、请简述电气主接线的一般要求。（5分）

4、什么是高压配电装置？它可分为哪几类？配电装置的表示方法有哪几种？（10分）

篇8：电力牵引控制系统试卷

关键词：矿山电力牵引系统,主动热均衡控制,永磁同步电动机,驱动系统,效率优化

0 引言

矿山电力牵引系统在矿山生产运输中必不可少,一般由体积小、重量轻、效率高的永磁同步电动机及其驱动系统组成。随着矿山电力牵引系统电磁转矩持续增长,功率密度日益增大,发热问题也逐渐显现出来,不利于系统可靠运行。

矿山电力牵引系统的发热来自电动机损耗和驱动系统损耗。电动机损耗主要包括铜损、铁损、机械损耗等[1]。驱动系统损耗主要为IGBT开关损耗。目前矿山电力牵引系统一般采用最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)方法[2,3,4],使电动机在输出相同电磁转矩的条件下定子电流最小,从而减小电动机和驱动系统损耗[5]。但该方法未将温度信号引入控制回路,且没有考虑驱动系统开关频率对发热的影响,系统损耗降低程度有限。

本文提出一种矿山电力牵引系统主动热均衡控制方法(Active Thermal Balance Method,ATBM)。该方法在MTPA方法基础上,通过实时反馈矿山电力牵引系统的温度信号,完成对电动机定子电流幅值、驱动系统开关频率等参数的在线自调节,并基于温度信号优化电动机d,q轴电流矢量计算方法,使系统运行于全局效率最大的工作特性曲线。基于15kW永磁同步电动机调速系统实验平台验证了该方法的可行性,结果表明该方法可在保证矿山电力牵引系统动态、稳态性能基础上,降低系统的热点峰值。

1 永磁同步电动机模型及MTPA方法

图1为以永磁同步电动机为牵引电动机的矿山电力牵引系统调速原理。其中Udc为电源电压,ua,ub,uc为驱动系统输出的相电压,Si为IGBT功率开关(i=1,2,…,6),ui为电压空间矢量。将静止αβ坐标系转换成旋转dq坐标系,dq坐标系下的电压、转矩方程为

式中:vd,vq分别为电动机定子d,q轴电压;id,iq分别为电动机定子d,q轴电流;Ld,Lq分别为电动机定子d,q轴电感;R为定子电阻;ωm为电角速度;Te为电动机电磁转矩;p为电动机极对数;Ψm为永磁体的励磁磁链;TL为负载转矩;Bm为电动机摩擦因数;J为电动机负载转动惯量。

将id,iq用定子电流幅值Im和电流角度 δ表示:

将式(5)代入式(3),得到定子电流幅值Im与电磁转矩Te和电流角度δ的关系。在电磁转矩Te一定的条件下,定子电流幅值Im仅与电流角度δ 有关。因此,用定子电流幅值Im对电流角度δ 求导,可得MTPA控制条件:

化简式(6)得

因此对于永磁同步电动机,在求得最优电流角度后,可实现电磁转矩一定的情况下定子电流最小[6]。

2 驱动系统散热模型

对于矿山电力牵引系统,其驱动系统的核心组件为大功率IGBT。图2为IGBT散热模型。IGBT发热主要由开关损耗引起,热量经芯片、外壳(包含焊料、铜层和陶瓷压制成的陶瓷金属复合板及基板)传递到散热器,再通过散热器传递到周围环境。其热特性可用三阶RC热阻抗等效模型表示[7]:

式中:Zthjc,T为从结温Twj到环境温度Ta的热阻抗;τ1,τ3,τ3分别为芯片层、外壳层和散热器层的时间常数。

针对IGBT的RC热阻抗等效模型,本文采用常见的稳态热阻等效电路[8]计算IGBT散热系统的温度,如图3所示。其中PT,PD分别为芯片内晶体管、二极管的开关损耗;Tj,T,Tj,D分别为芯片内晶体管、二极管的温度;Rthjc,T,Rthjc,D分别为芯片内晶体管、二极管到外壳的热阻,Rthjc,T+Rthjc,D=Rthjc;Rthca为外壳到环境的热阻。由于Rthca值远大于Rthch和Rthha,所以Rthca与Rthch,Rthha并联时可忽略不计。将IGBT的开关损耗等效为电流源,将热阻等效为电阻,将热阻上产生的温差等效为电压。

利用稳态热阻等效电路可以计算驱动系统各点的温度,在热阻参数一定的条件下,驱动系统的温度仅与开关损耗正相关。

3 矿山电力牵引系统ATBM

3.1 开关频率动态调整

参考文献[9-12]指出,随着IGBT功率器件电压、功率等级的提高,其对应开关损耗也加大。动态调整IGBT开关频率可降低其开关损耗,从而实现主动热均衡控制。根据IGBT数据手册,125 ℃ 时IGBT开关损耗为

式中:Esw,T,Eon,T,Eoff,T分别为测试条件下单个IGBT开关1次、开通1次和关断1次的能量损耗;Asw,T,Bsw,T,Csw,T分别为测试条件下开关损耗随电流变化的二次拟合曲线系数;U,I分别为IGBT实际电压、电流;Ubase,Ibase分别为IGBT参考电压、电流;Ksw,U,Ksw,I分别为电压、电流幅值对IGBT开关损耗的影响系数。

此时,在1 个开关周期内IGBT平均开关损耗为

式中fsw为IGBT开关频率。

图4 为PWM调制下IGBT开关损耗仿真结果,其中IGBT导通功率损耗Pon,T、关断功率损耗Poff,T在全范围内呈周期性变化,峰值分别为30,50 W。

从式(10)可看出,调整IBGT开关频率fsw可实现IGBT开关损耗的有效修正。根据IGBT数据手册中标称电流与温度的关系以及工作温度范围,确定合适的驱动系统温度给定值,将红外热成像仪的测量温度作为反馈值,二者差值送至双线性曲线模块,利用该模块的双线性特性产生IGBT开关频率的待调整量,实现对IGBT开关频率的动态调整。

3.2 定子电流幅值自适应修正

内埋式永磁同步电动机没有转子铜损,所以转子内损耗很小。当电动机拖动负载运行时,从电源输入的电功率Pin为

式中:Pout为电动机转轴实际输出功率;PCu,PFe分别为电动机定子铜损和铁损;Pmech为电动机轴承摩擦的机械损耗。

电动机轴承摩擦的机械损耗Pmech与轴承的加工精度和润滑程度有关;电动机定子铁损PFe与电源电压成正比,电源电压不变,定子铁损也几乎不变;电动机铜损PCu与定子电流的平方成正比,因此当电动机拖动负载运行时,降低定子电流能够有效减少电动机损耗。

本文在MTPA方法基础上,基于温度反馈值,自适应修正定子电流幅值,优化电动机d,q轴定子电流矢量计算方法,如图5所示。其中Tj,lim为驱动系统温度设定值;Tigbt,Tfwdi分别为驱动系统中IGBT和二极管的温度测定值;Ploss,igbt,Ploss,fwdi分别为驱动系统中IGBT和二极管的开关损耗实时计算值;Ci,Cf分别为IGBT和二极管导热系数;τel,j为环境换热系数;|I|max为定子电流饱和限幅值。

将驱动系统温度反馈值Tigbt,Tfwdi与温度设定值做差,差值与经验热阻Ci/τel,j,Cf/τel,j相乘得到开关损耗的待修正值,将求出的定子电流幅值转换为有效值,与当前开关频率同时带入式(9)和式(10),计算修正前的开关损耗,与待修正值叠加求出修正后的开关损耗。然后通过式(9)和式(10)的逆运算及饱和限幅,得到修正后的定子电流幅值|I|lim。最后,基于传统MTPA方法,求出最优电流角度和d,q轴电流来驱动电动机。

4 实验验证

4.1 实验平台及方案

采用如图6所示的15kW永磁同步电动机调速系统实验平台来验证矿山电力牵引系统ATBM的可行性和有效性。该实验平台以TMS320F2812型DSP为核心,主要完成MTPA核心算法运算、通信等功能。 协处理器采用Xilinx型FPGA和CPLD,其中FPGA主要完成AD采样、数据存储等功能,CPLD主要完成PWM状态检测、死区补偿、脉冲封锁等功能。

4.2 实验结果及分析

在负载转矩为50N·m的条件下,稳态时电动机定子电流波形如图7所示。可看出电流波形对称且均匀。

采用ATBM时矿山电力牵引系统动态响应波形如图8所示,其中永磁同步电动机稳态运行速度为1 000r/min,之后将负载转矩由5N·m阶跃至25N·m,此时电磁转矩快速响应负载转矩变化(响应时间小于2 ms),可以限制电动机负载突变时的转速跌落。同时,电动机定子电流逐渐减小,直至完成对最优电流角度的精确跟踪。整个过程持续约10ms。

设置电动机负载转矩恒为71 N·m,转速为500~1 500r/min,转速变步长为500r/min。采用ATBM时,矿山电力牵引系统的功率损耗如图9所示。可见在500,1 000,1 500r/min转速条件下,系统均稳定运行于全局效率最大处,功率损耗分别为818,926,1 029 W,对应的效率分别为82.1%,88.9%,91.0%。在相同的实验条件下采用MTPA方法时,系统最终稳定运行时功率损耗分别为836,1 001,1 203 W,均高于采用ATBM时的功率损耗。ATBM因引入了电动机驱动系统损耗模型,进一步提高了系统全局效率,且电动机转速越大,与采用MTPA方法时的系统全局效率差异越明显。

采用MTPA和ATBM 2种方法时,矿山电力牵引系统的温度场对比如图10所示。采用MTPA方法时系统的热点峰值为55.7 ℃,采用ATBM时热点峰值为44.9 ℃,温度差为10.8 ℃。 可见ATBM通过主动调节IGBT开关频率、限制电动机定子电流幅值等方式有效降低了矿山电力牵引系统的热点峰值,从而降低了对散热装置的要求,保障了系统的可靠运行。

5 结语

(1)ATBM可保证矿山电力牵引系统的高稳态精度,满足复杂矿山工况的高动态响应需求。

(2)ATBM通过主动调节IGBT开关频率、限制电动机定子电流幅值等方式,有效降低了矿山电力牵引系统的热点峰值。

参考文献

[1]于明湖,张玉秋,乔正忠,等.永磁同步电机损耗分离方法研究[J].微特电机,2015,43(8):14-18.

[2]李耀华,刘晶郁.永磁同步电机矢量控制系统MTPA控制实现[J].电气传动自动化,2011,33(4):9-11.

[3]郎宝华,毕雪芹,刘卫国.MTPA控制的直接转矩控制系统研究[J].西安工业大学学报,2010,30(1):75-78.

[4]廖勇,伍泽东,刘刃.车用永磁同步电机的改进MTPA控制策略研究[J].电机与控制学报,2012,16(1):12-17.

[5]LASCU C,BOLDEA I,BLAABJERG F.Very-lowspeed variable-structure control of sensorless induction machine drives without signal injecton[J].IEEE Transaction on Industry Applications,2005,41(2):591-598.

[6]史光辉,于佳,张亮.永磁同步电动机最大转矩电流比控制[J].电机技术,2009(5):28-31.

[7]GENG L,CHEN Z M,KRUEMMER R,et al.A precise model for simulation of temperature distribution in power modules[J].Chniese Journal of Semiconductors,2001,22(5):548-553.

[8]胡建辉,李锦庚,邹继斌,等.变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计[J].电工技术学报,2009,24(3):159-163.

[9]JUNG S Y,JINSEOK H,KWANGHEE N A M.Current minimizing torque control of the PMSM using ferrari's method[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2013,28(12):5603-5617.

[10]DARYABEIGI E,ABOOTORABI Z H,ARAB M G R,et al.Online MTPA control approach for synchronous reluctance motor drives based on emotional controller[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2015,30(4):2157-2166.

[11]焦宁飞,刘卫国,张华,等.一种变励磁无刷同步电机最大转矩电流比控制方法[J].微特电机,2013,41(1):4-6.