【正文】 步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。因此，加速上述關(guān)鍵部件的國(guó)產(chǎn)化是當(dāng)務(wù)之急。交流傳動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置、微機(jī)控制及診斷系統(tǒng)是城軌車輛的核心技術(shù)和關(guān)鍵部件。20世紀(jì)90年代由于電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，大功率自關(guān)斷元器件(GTO、IGBT、IPM)走向產(chǎn)品化和實(shí)用化，變頻變壓調(diào)速控制(VVVF)技術(shù)迅速發(fā)展，交流傳動(dòng)車輛廣泛應(yīng)用用于城軌交通。因此，我國(guó)電子工業(yè)部在電子工業(yè)早在“九五”規(guī)劃中就將以變頻牽引裝置為代表的節(jié)能技術(shù)列為發(fā)展的重點(diǎn)。 根據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，廣州本田公司已用200臺(tái)變頻電車取代了152臺(tái)電阻式控制的舊電車和48臺(tái)斬波控制電車。其傳動(dòng)方式有變阻控制和斬波調(diào)壓控制。變阻控制在老式城市軌道車輛上普通使用，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于車頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)，使20%的電能消耗在電阻上，這種方式大多已被淘汰。在實(shí)際的營(yíng)運(yùn)路線上，分別對(duì)各種電車進(jìn)行了耗電測(cè)定測(cè)量結(jié)果表明，%。由于交流變頻傳動(dòng)比直流傳動(dòng)有著粘著利用高，幾乎無(wú)需維護(hù)，運(yùn)行可靠及節(jié)約能源等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而除干線鐵路外，對(duì)城市軌道交通用地鐵與輕軌列車發(fā)展交流變頻調(diào)速傳動(dòng)是當(dāng)前必然的趨勢(shì)。日本東京、大阪、名古屋等城市地鐵從1991年開(kāi)始新造地鐵車全部采用lGBT或IPM的VVVF交流傳動(dòng)裝置。目前，我國(guó)城軌車輛的交流傳動(dòng)裝置，包括輔助電源供電設(shè)備以及微機(jī)控制與診斷系統(tǒng)，全部由國(guó)外西門(mén)子公司、阿爾斯通公司、龐巴迪公司和東芝公司等提供產(chǎn)品與軟件。1變頻器調(diào)速基礎(chǔ)理論概述 變頻技術(shù)在現(xiàn)代化生產(chǎn)中需要變頻變壓技術(shù)，其主要用途是：（1）標(biāo)準(zhǔn)50Hz電源　用于人造衛(wèi)星、大型計(jì)算機(jī)等特殊要求的電源設(shè)備，對(duì)其頻率、電壓波形和幅值及電網(wǎng)干擾等參數(shù)，均有很高的精度要求。簡(jiǎn)單地說(shuō)，變頻技術(shù)就是把直流電逆變成不同頻率的交流電，或是把交流電變成直流電再逆變成不同頻率的交流電，或是把直流電變成交流電再把交流電變成直流電等技術(shù)的總稱。（2）直－直變頻技術(shù)（即斬波技術(shù)）它是通過(guò)改變電力電子器件的通斷時(shí)間即改變脈沖的頻率（定寬變頻），或改變脈沖的寬度（變頻調(diào)寬），從而達(dá)到調(diào)節(jié)直流平均電壓的目的。主要應(yīng)用于大功率、低速度的場(chǎng)合。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問(wèn)題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式。另外，其機(jī)械特性終究沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)。1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的Blaschke博士和他的同事DePenbrock教授首提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化成等效直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算，它不需要模仿直流機(jī)的控制，也不需要為耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。由于矩陣式交－交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容器。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速起動(dòng)、制動(dòng)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其他許多優(yōu)點(diǎn)而初國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。不調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展這類原本不調(diào)速的機(jī)械越來(lái)越多地改用調(diào)速傳動(dòng)以節(jié)約電能（可節(jié)約15%－20%或更多），改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品。上個(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個(gè)龐大的電力行業(yè)。隨著改革開(kāi)放，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，變頻調(diào)速產(chǎn)品形成一個(gè)巨大的市場(chǎng)，它即對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)，也對(duì)外國(guó)公司敞開(kāi)。 變頻技術(shù)的發(fā)展方向交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，即要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術(shù)必定分成功率和控制兩大部分。對(duì)中小容量變流器，提高開(kāi)關(guān)頻率的PWM控制是有效的。 ④高速度的數(shù)字控制以32位高速微處理為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模塊有足夠的能力實(shí)現(xiàn)各種控制算法，Windows操作系統(tǒng)的引入使得軟件設(shè)計(jì)更便捷。②大功率負(fù)載換流電流型逆變器供電的傳動(dòng)設(shè)備在抽水蓄能電站、大型風(fēng)機(jī)和泵上的推廣應(yīng)用。眾所周知，風(fēng)機(jī)和泵改用調(diào)速傳動(dòng)后能有效節(jié)約電能。（1）按電壓的調(diào)制方式分類①PAM（脈幅調(diào)制）。變頻器輸出電壓的大小通過(guò)改變輸出脈沖的占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)制。②轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器轉(zhuǎn)差頻率控制方式是對(duì)v/f控制的一種改進(jìn)，這種控制需要由安裝在電動(dòng)機(jī)上速度傳感器檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，而變頻器的輸出頻率則由電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)差頻率之和決定。由于在這種控制方式或必須同時(shí)控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流的幅值和相位，即定子電流的矢量，因此這種控制方式被稱為矢量控制方式。②風(fēng)機(jī)、水泵用變頻器其主要特點(diǎn)是：過(guò)載能力較低，具有閉環(huán)控制PID調(diào)節(jié)功能，并具有“1控多”的切換功能。（4）按變換環(huán)節(jié)分類①交－交變頻器把頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。在此類裝置中，用不可控整流電路，則輸入功率因數(shù)不變；用PWM逆變，則輸出諧波減小。目前迅速普及應(yīng)用的主要是這種變頻器。(2)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式由《電機(jī)學(xué)》中的相關(guān)知識(shí)可知，異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1的有效值為E1＝ （）式中，E1―氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值（V）f1―定子頻率（Hz）N1―定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；kr1―與繞組有關(guān)的結(jié)構(gòu)常數(shù)；Φm―每極氣隙磁通量（Wb）。由式（）可知，要保持Φm不變，當(dāng)頻率f1從額定值f1N向下調(diào)時(shí)，必須降低E1，使E1/f1＝常數(shù)，即采用電動(dòng)勢(shì)與頻率這比恒定的控制方式。③基頻以上的調(diào)速。 基頻以上調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性 VVVF傳動(dòng)技術(shù)最新發(fā)展的交流牽引電動(dòng)機(jī)采用變頻變壓控制（VVVF）的調(diào)速方式，它使用逆變器將直流換成為交流，以電壓和頻率的變化來(lái)控制交流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)已被公認(rèn)為在調(diào)速性能和節(jié)能上是最為先進(jìn)的調(diào)速方式，它與交流電機(jī)配合，無(wú)換向部分，運(yùn)行可靠，過(guò)載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，幾乎不須維修，現(xiàn)已在德國(guó)、日本等國(guó)已經(jīng)得到了應(yīng)用。交流傳動(dòng)技術(shù)是一門(mén)綜合技術(shù)，但其本質(zhì)的特點(diǎn)是牽引電動(dòng)機(jī)采用了交流異步電動(dòng)機(jī)，其一系列的優(yōu)點(diǎn)都是由此而表現(xiàn)出來(lái)的。l輛動(dòng)車上有2臺(tái)VVVF牽引逆變器，分別驅(qū)動(dòng)2個(gè)轉(zhuǎn)向架上的牽引電機(jī)，當(dāng)一個(gè)逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)接觸器切除故障逆變器，并且不影響另一個(gè)逆變器的正常工作。電氣牽引系統(tǒng)具有完善的保護(hù)功能。電制動(dòng)與空氣制動(dòng)隨時(shí)自動(dòng)配合、平滑轉(zhuǎn)換，使列車不至產(chǎn)生過(guò)大的沖動(dòng)。 VVVF逆變器的工作原理 ，采用了絕緣柵雙極晶體管（IGBT）T1～T6作為主電路的控制部件，這是一種兩點(diǎn)式電壓源三相逆變器。圖4為IGBT的開(kāi)、關(guān)順序。 PWM控制技術(shù)PWM控制技術(shù)是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一，也是目前應(yīng)用較多的一種技術(shù)。 PWM逆變?cè)鞵WM控制方式是通過(guò)改變電力晶體等VTVT4和VTVT3交替導(dǎo)通的時(shí)間，從而改變逆變器輸出波形的頻率；通過(guò)改變每半周內(nèi)VTVT4和VTVT3開(kāi)關(guān)器件的通、斷時(shí)間比，即改變脈沖寬度，來(lái)改變逆變器輸出電壓幅值的大小。圖 22單相逆變器PWM型逆變器是靠改變脈寬控制其輸出電壓，通過(guò)改變調(diào)制稠期來(lái)控制其輸出頻率的，所以脈寬調(diào)制方式對(duì)PWM型逆變的性能具有根本的影響。SPWM逆變器輸出的基波電壓的大小和頻率均由參考電壓ur來(lái)控制。的三相調(diào)制波。PSWM雙極性調(diào)制和單極性調(diào)制一樣，輸出基波大小和頻率也是通過(guò)改變正弦參考信號(hào)的幅值和頻率而改變的。(1)輸入側(cè)的額定值輸入側(cè)的額定值主要是電壓和相數(shù)。③輸出容量SN（kVA）：SN與UN和IN的關(guān)系為SN=√3UNIN④配用電動(dòng)機(jī)容量PN（KW）：變頻器規(guī)定的配用電動(dòng)機(jī)容量，適用于長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)載運(yùn)行。各種變頻器規(guī)定的頻率范圍不一樣，最高工作頻率為120650Hz。是指在10℃+15℃環(huán)境下通過(guò)參數(shù)設(shè)定所能達(dá)到的最高頻率精度。(1)交－直部分①整流電路。設(shè)電源的線壓有效值為UL，那