[发明专利]一种交流异步传动系统动力输出方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传动系统动力输出控制方法，尤其是涉及一种针对逆变器和交流异步驱动电机组成的电传动系统在直流电源供电的情况下， 因为直流电源容量较小而导致负载时电源电压频繁波动的情况，提升交流异步电传动系统动力输出能力的一种策略和方法。本发明特别适用于供电电源容量较小、负载时电源电压频繁波动的场所，如城市轨道客车、纯电动车、混合动力客车、野外移动作业车等。

背景技术

在电传动车辆中，异步传动系统由逆变器1和异步电机4两大部件组成，采用变频调速，如图1所示：逆变器1采用VVVF控制，其输入侧为直流电源5（即直流侧），输出侧为异步电机4提供频率f和幅值都可调节的交流电U_ab，控制异步电机4平滑地运行在需要的转速，为车辆提供机械动力。

在直流侧电源母线电压U_dc为额定值U_dcN的条件下，异步传动系统的峰值动力输出调速特性如图2所示。其区域可分为:“升压恒转矩区”、“升压恒功率区”、“恒压恒功率区”、“恒压自然特性区”。在每一区域，异步电机4具有不同的输入电压和负载特性。

在实际应用中经常面临这样的情形：车载电源或供电网因为容量较小，逆变器直流侧母线电压U_dc（即电源电压）随负荷大小频繁波动：在负荷很大时，电源电压U_dc大幅下降，比额定值U_dcN低，甚至接近最低允许值U_dcmin；在负荷较小时，电源电压较高，超过额定值U_dcN。逆变器直流侧电源的电压实际在一个范围内波动U_dcmin～U_dcmax，例如在城市轨道交通中，其中一种制式直流侧母线电压U_dc的范围500～1000V，在电动汽车中情形基本相似，只不过逆变器直流侧母线电压的波动更频繁。而逆变器1的直流侧母线电压的大小直接影响其交流输出侧电压，尤其是输出电压的最大幅值，最终影响异步电机4的功率输出。

当逆变器1直流侧母线电压U_dc＜ U_dcN时，如图2所示升压区域无法完成，异步电机4的输出能力将降低；当逆变器1直流侧母线电压U_dc＞ U_dcN输出时，实际的升压区将超过图2所示升压区，异步电机4的输出能力将会增强。不同的传动系统输出策略导致不同的电机输出和不同的系统综合效率。

随着频率的上升，电机转速提高，当电机端电压U_ab变化不能达到图2中电压U_ab曲线的要求时，在每一调速区域异步电机的输出特性将发生变化，能否提供负载的极限动力需求是传动系统设计必须面对的问题。而在这样的情况（甚至出现极端情况），动力车辆要求其牵引传动系统的极限输出特性要满足最低的动力需求。因此，传动系统的选择需要校核需用电源电压范围内的动力匹配问题，即校核传动系统峰值动力输出Map图和车辆动力需求Map图的吻合性。

直流侧母线电压U_dc的大小直接关联逆变器输出的交流电压的升压区的宽窄和最大电压幅值，即异步电机的输入电压U_ab的幅值上升区域和极限幅值，影响电机的中、高速区的输出性能。不同的传动系统控制策略，会得到效果迥异的输出性能。在目前的应用中，如果直流侧母线电压U_dc降低，一般采取降低电机输出功率的方式来保证传动系统的可靠性和稳定性。常用的策略是：以图2中的各区域为基础，在直流侧母线电压较低的情况下，按U_dc/U_dcN为倍率降低交流异步电机输出功率，按（U_dc/U_dcN）²倍率降低交流异步电机恒功区的转矩。在直流侧母线电压U_dc较高的情况下，一般采取斩波方式按U_dcN特性线输出。