浅谈牵引电电机在城轨车辆的发展及应用

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"绪论 6摘要 7\o"CurrentDocument"一、 直流牵引电机在城轨上的应用 8\o"CurrentDocument"1、 认识直流牵引电机 8直流电机的基本结构 8\o"CurrentDocument"直流电动机的工作原理 9直流电机的特点 9\o"CurrentDocument"2、 直流牵引电机在城轨上的应用 10\o"CurrentDocument"二、 交流牵引电机在城轨上的应用 11\o"CurrentDocument"1、 交流电机的结构 112、 交流电动机的工作原理 12三相异步电动机转差率和转速 12异步电动机等效电路 13异步电动机特性 14异步电动机转矩-转速曲线 15\o"CurrentDocument"3、 交流异步电动机的转速控制 16异步电动机的转速控制方法 16异步电动机矢量控制调速 17直接转矩控制调速 18\o"CurrentDocument"4、 交流电机在城轨交通的应用实例 18城市轨道交通交流动车1C4M工作原理 18“两动一拖(2M1T)”单元车电路原理 19广州地铁1号线车辆主牵引系统案例分析 19\o"CurrentDocument"三、 直线电机轨道交通 20\o"CurrentDocument"1、 直线电机的发展历史 20\o"CurrentDocument"2、 直线电机的特点 20\o"CurrentDocument"3、 直线电机的基本原理 21\o"CurrentDocument"4、 直线电机在城市轨道交通的应用 21直线电机的控制 21直线电机轨道交通的应用情况 22\o"CurrentDocument"总结 23\o"CurrentDocument"参考文献 24致谢 25绪论目前，城市交通日益紧张，出行难己经成为城市的一大难题。进入21世纪,我国把“发展城市轨道交通”列入国民经济第十个五年计划发展纲要，国务院办公厅发出《关于加强城市快速轨道交通建设管理的通知》，把发展轨道交通做为解决大城市交通拥堵，改善城市工作、生活与投资环境，促进城市可持续发展的途径与手段，并以政府行为与重大战略的形式提出来，给轨道交通带来了新的发展机遇。城市轨道的出现给人们带来极大的便利与快捷。而牵引电机做为机车动车最基本和最重要的组成部分，它是城市轨道交通车辆得以实现牵引及电制动的动力机械。牵引电机将电能变为机械能，产生牵引力驱动列车；又可将机械能变为电能，实现电制动。所以牵引电机的性能和可靠性直接关系到城市轨道交通车辆的运行。随着城市化进程的加快，城市人口、范围急剧增加，城市交通越来越拥挤，城市轨道交通的出现成为必然。做为轨道交通车辆的动力机械，牵引电机的使用与发展成为城市发展的重要一环。随着经济与科学技术水平的逐渐提高，人们希望交通更加安全、舒适与便捷。虽然直流牵引电机具有优良的牵引和制动性能，但直流牵引电机的换向器结构尚存在一系列缺点：电机换向困难和电位条件恶化、结构复杂、工作可靠性较差、制作成本高和维修麻烦。特别是在高电压大功率时，换向器变的困难,电位条件恶化，使电机的工作可靠性降低。而交流电机没有换向器，作为牵引电动机就消除了由此引起的一连串问题，而且结构简单、维修方便、体积小、重量轻、转速高、功率大、能自动防滑等一系列优点，是一种比较理想的牵引电动机，在城市轨道交通领域中正迅速取代直流牵引电动机。随着社会的发展,人们要求城轨交通要更加经济，对路线的适应性更强，并且车辆的维修更加简单，于是直线牵引电机诞生了。摘要：随着城市化的发展，轨道交通在现代大城市中越来越起着重要的作用。而牵引电机做为机车动车最基本和最重要的组成部分，它是城市轨道交通车辆得以实现牵引及电制动的动力机械。本课题主要分析城轨交通车辆的牵引电机使用情况，介绍了直流电机、交流电机以及直线电机的结构、工作原理以及各电机在城市轨道交通中的应用。关键字：城轨交通、牵引电机、应用与发展一、直流牵引电机在城轨上的应用我国是一个人口大国，随着城市化的发展，人口也越来越多，城市交通也变得越来越拥挤，国家的经济发展迫切需要改变这一现状。为了改变这一现状,发展城市轨道交通成为解决我国城市交通拥挤的根本途径。于是在1967年，我国自主研制成功第一代地铁车辆，它是以直流的方式来运行的。以直流电机做为驱动电机是最早应用与城市轨道车辆的传动方式。1、认识直流牵引电机直流电机是实现直流电能与机械能之间相互转化的电力机械，它主要采用串激形式，通过改变电机端电压或激磁电流调节电机转速，具有良好的牵引性能，且技术可靠。由于直流电机具有良好的启动和调速性能，常应用于对启动和调速有较高要求的场合，例如城市电车、地铁列车。(1)直流电机的基本结构直流电动机和直流发电机的结构基本一样。直流电机由静止的定子和转动的转子两大部分组成，在定子和转子之间存在一个间隙，称作气隙。定子的作用是产生磁场和支撑电机，它主要包括主磁极、换向磁极、机座、电刷装置、端盖等。转子的作用是产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量的转速，通常也被称作电枢。它主要包括电枢铁心、电枢绕组以及换向器、转轴、风扇等。主磁极主磁极的作用是产生主磁通，它由铁心和励磁绕组组成，铁心一般用1mm〜1.5mm的低碳钢片叠压而成，小电机也有用整块铸钢磁极的。主磁极上的励磁绕组是用绝缘铜钱绕制而成集中绕组，与铁心绝缘，各主磁极上的线圈一般都是串联起来的。主磁极总是成对的，并按N极和S极交替排列。换向磁极换向磁极的作用是产生附加磁场，用以改善电机的换向性能。通常铁心由整块钢做成，换向磁极的绕组应于电枢绕组串联。换向磁极装在两个主磁极之间。其极性在作为发电机运行时，应与电枢导体将要进入的主磁极极性相同；在作为电动机运行时，则应于电枢导体刚离开的主磁极极性相同。机座机座一方面用来固定主磁极、换向磁极和端盖等，另一方面作为电机磁路的一部分称为磁辗。机座一般用铸钢或者钢板焊接而成。电刷装置在直流电机中，为了使电枢绕组和外电路连接起来，必须装设固定的电刷

装置，它是由电刷、刷握和刷杆座组成的，电刷是用石墨等做成的导电块，放在刷握内，用弹簧压指将它压触在换向器上。刷握用螺钉夹紧在刷杆上，用铜绞线将电刷和刷杆连接，刷杆装在刷座上，彼此绝缘，刷杆座装在端盖上。电枢铁心电枢铁心的作用是通过磁通和安放电枢绕组。当电枢在磁场中旋转时，铁心将产生涡流和磁滞耗损。为了减少耗损，提高效率，电枢铁心一般用硅钢片冲叠而成。电枢铁心具有轴向冷却通风孔，铁心外圆上均分布着糟，用以嵌放电枢绕组。电枢绕组电枢绕组的作用是产生感应电动势和通过电流产生电磁转矩，实现机电能量转换。绕组通过常用漆包线绕组制而成，嵌入电枢铁心槽内，并按一定的规则连接起来。为了防止电枢旋转时产生的离心力使绕组飞出，绕组嵌入槽内后,用槽锲压紧；线圈伸出槽外的端接部分用无线玻璃丝带扎紧。(2)直流电动机的工作原理如图1.1：(a)电流方面a—d(b)(a)电流方面a—d(b)电流方向相反d—a图1.1直流电机工作原理电枢不用外力驱动，把电刷A、B接到直流电源上假定电流从电刷A流入线圈，沿a到b到c到d方向，从电刷B流出。载流线圈在磁场中将受到电磁力的作用，其方向按左手定则确定，ab边受到向上的力，cd边受到向下的力，形成电磁转矩，结果使电枢逆时针方向转动，当电枢转到90°时，线圈虽无电流和力矩，但在惯性的作用下继续旋转。当电枢转过180。时，电流仍从电刷A流入线圈，沿d到c到b到a方向，从电刷B流出。由上可知：当直流电动机接入直流电源时，借助于电刷和换向器的作用，使直流电动机电枢绕组中流过方向交变的电流，从而使电枢产生恒定方向的电磁转矩，保证了直流电动机朝一定方向连续旋转。直流电机具有宽广的调速范围，平滑的无级的调速特性，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；过载能力大，能承受频繁的冲击负载；能满足自动化生产系统中各种特殊运行的要求。但它也有显著地缺点：一是制造工艺复杂，消耗有色金属较多，生产成本高：二是运行时由于电刷与转换器之间容易产生火花，因而可靠性较差，维护比较困难。所以在一些对调速型能要求不高的领域中己被交流变频调速系统所取代。但是在某些要求调速范围大'快速性高、精密度好、控制性能优异的场合，直流电动机的应用目前占有较大的比重。直流电机的特性与励磁方式有关，直流电机的励磁方式有:图1.2直流电动机按励磁方式分类a）他励b）并励c）串励d）复励直流电机的励磁特点：串励电动机机械稳定性较好、他励电动机机械稳定性较差、部分差复励电机无机械稳定性；负载分配不均对串励电机的影响远远小于他励电机；电压波动对串励电机的影响远远小于他励电机；串励电机的功率利用优于他励电机；他励电机的防空转能力优于串励电机；他励电机的制动能力优于串励电机.2、直流牵引电机在城轨上的应用直流电机中的串励电机的软特性（近似双曲线）有利于在较大范围内调节电机的输出转矩和转速，公率近似恒定使电网功率波动较小，以及其他一系列的优点，在直流传动系统得到了广泛的应用。随着电力电子技术和自动化技术的发展，通过对电机磁场的连续控制，使电机可具有各种特性，他励和复励电机也得到了应用。当几台电机并联时负载分配，可采用对每台电机的电枢2独立供电或对每台电机的磁场独立控制，使各电机的负载电流相同；当动轮发生空转时，维持原励磁电流不变，恢复原有他励电机的特性；当电枢电压突然变化时，由于他励电机的原励磁电流跟踪电枢电流的速度较慢（且有磁惯性），表现为瞬时的他励电机特性，往往形成较大的冲击电流；而用复励电机，其串励绕组所表现的串励特性有利于减轻电流冲击，且可缓和几台电机并联运行时负载电流分配问题，其他励绕组所表现的他励特性有利于防空转。直流电机在运行时通过变阻控制（调节串入电枢回路的电阻值，改变牵引电机的端电压）和斩波调压（通过接在电网与牵引电机之间的斩波器的导通与关断来改变牵引电机的端电压）来控制电机的速度。二、交流牵引电机在城轨上的应用直流牵引电机具有优良的牵引和制动性能，调节端电压和励磁，就可以方便的进行调速。但是，直流牵引电机的换向器结构尚存在一系列缺点：电机换向困难和电位条件恶化、结构复杂、工作可靠性较差、制作成本高和维修麻烦。特别是在高电压大功率时，换向器变的困难，电位条件恶化，使电机的工作可靠性降低。交流电机没有换向器，作为牵引电动机就消除了由此引起的一连串问题，而且结构简单、维修方便、体积小、重量轻、转速高、功率大、能自动防滑等一系列优点所以是一种比较理想的牵引电动机，在城市轨道交通领域中正迅速取代直流牵引电动机。下面我以南京地铁的三相异步电机为例谈谈交流电机在城轨方面的应用。1、交流电机的结构交流电动机由定子和转子组成，在模型中，定子是静止不动的部分，转子是旋转部分，在定子与转子之间有一定的气隙。定子由铁心、绕组与机座三部分组成。转子由铁心与绕组组成，转子绕组有鼠笼式和线绕式。鼠笼式转子是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成；线绕式转子绕组与定子绕组一样，由线圈组成绕组放入转子铁心槽里。鼠笼式与线绕式两种电动机虽然结构不一样，但工作原理是一样的。电机结构组成如图：接线盒图2.1交流电机结构2、交流电动机的工作原理目前城市轨道交通车辆普遍采用交流异步牵引电机，这是因为同步电机需要集电环和电刷，或者在转子上安装旋转整流器，不适于频繁起动和停止的工作需要，也不能在轮径不同或牵引电机转速有差别时，由一台逆变器驱动多台电机并联工作。交流牵引电机在空间利用和重量上都优于同步电机，尤其是笼型异步电动机，在工业上是最长用的。这种电动机非常经济、耐用、可靠。异步电动机采用VWF控制，即直流电通过逆变器变为三相交流电，用电压和频率的变化来控制异步电动机的转速，获得最佳的调速性能，并实现再生制动。三相异步电动机转差率和转速三相异步电机最基本的工作原理之一是在气隙中建立旋转和正弦分布的磁场。若忽略槽的影响，则三相绕组分布对称。正弦三相对称电源加到三相定子绕组上会建立一个同步旋转磁场。若初始时转子处于静止状态，磁场将从转子导条上扫过，在短路的转子电路中感应出相同频率的电流。气隙磁链和转子磁势相互作用产生转矩。只有当转子的转速与磁场的转速(同步转速)出现转速差，才会感应转子电流，从而产生转矩。旋转磁场的同步转速n,与电机转子实际转速n之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率„_ns~n异步电动机转速为P式中为定子频率，单位Hz；’为电动机对数；s为转差率。（2） 异步电动机等效电路三相笼型异步电动机，其转子是一个笼型结构，两端具有两个短路环。异步电机本质上可被看成一个具有旋转和短路的二次绕组的三相变压器，定子铁心和转子铁心都是由铁磁钢薄片叠成的，电动机中的气隙实际上是均匀的。所以异步电动机也可以用类似于变压器电路的异步电动机每相等效电路（见图2.2）来表示。图中定子绕组的电阻、漏抗电阻分别为玉，转子绕组的内阻、漏抗内阻分别为弓、x2o定子绕组的电压、电动势、电流相量分别为U】、如、lx,转子绕组的电动势、电流相量分别为屈、L，励磁支路的电阻、电抗、电流相量分别为弁、工0、I0OC）图2.2交流异步电动机等效电路旋转磁场以同步转速化旋转。如果转子静止不动（s=l）,转子与旋转磁场的相对转速就是4,在转子中产生感应电动势底的频率等于旋转磁场的频率f°若果转子旋转，转差率为S,则转子与旋转磁场的相对转速为在转子中产生的感应电动势为S&2,频率为矿，二次漏抗为SX2。由图a可知，二次电流匕为

［厂sE‘22据+"卜+（士顼+"图4-a也可用图4-b来表示，电动机带负载相当于在变压器的二次侧接入负载电阻（r/s-r2）o和变压器计算一样，将二次侧以1：1的变化换算到一次侧；并考虑到励磁电流了。比较小，可以将励磁电路移到电源侧，得到简化的等效电路图4-c所示。（3）异步电动机特性根据图4-c所示每相等效电路，可以求出感应电动机的各项特性。a.电流一次负载电流匕（等于二次电流到一次电流的换算值）：" UiJ(^±^)2+(m+x2)2一次电流人:；=A+/q式中4为励磁电流。尸=色' (E)2+(m)2功率由定子向转子输入电磁功率乌，即消耗在负载（弓/s-弓）上的功率为:叩尸=色' (E)2+(m)2转子铜损％2为,2%2=L弓转子输出的机械功率乌为叩If)弓R=P〔_Pcu1=I宜2= , ~( )2+(%j+X2)2C.转矩一般电动机的输出机械功率可表示为:乌=时转差率为S的异步电动机输出转矩T为T=4=6°孔= s一ty一2初°一2沏$（寸1）2+（也+电2

当频率和电源电压恒定式，即异步电动机的输出转矩T是转差率s的函数。（4）异步电动机转矩-转速曲线电动机转矩由定子气隙和转子电流决定，转子电流与转子导体切割磁通的次数即转差率成正比。所以，当电源的频率、转差和加在电动机上的电压变化时，转矩相应变化。转差率由1到0,即转子由静止到同步转速时异步电动机的转矩、负载电流和一次电流变化如图2.3所示。图2.3异步电动机的转矩、电流和转差率关系曲线电源的频率、电压变化时，电动机的电流和转矩相应变化曲线如图6所示。不同的定子电压下的转矩-转速曲线如图2.4-c所示。由于在电源电压降低时，气隙磁链减小，所以在低转速时，定子电流往往非常大，从而造成高铜损耗。若增加定子频率而电压保持恒定，转矩-转速曲线如图2.4-b所示。随着频率的增加，气隙磁链和转子电流减小，转矩相应减小。在低频区域成比例地同时降低定子电压，即电压/频率=常数时，转矩-转速曲线如图2.4-d所示，转矩对定子电流的灵敏度很高，控制定子电流可具有快速的瞬态响应。当电源的电压与频率之比保持恒定时改变频率，电动机的电流和转矩相应变化曲线如图所示。在转矩恒定区域，电机的气隙磁链保持恒定，在变频运行时电动机可以以比较大转矩起动，电动机效率高。图2.4异步电动机基本特性曲线的变化九一转差频率根据分析可知，电机只有具有转速增加时转矩减小、转速减小时转矩增大的特性，稳定状态下的转速要比最大转矩转速稍大。3、交流异步电动机的转速控制异步电动机的转速控制方法为了得到与直流串励电动机类似的牵引特性,异步电动机的转速控制有以下几种方法：U//•恒定控制、恒转差频率控制、恒功率控制和恒电压控制。a.U//■恒定控制可以在较大的速度范围内输出恒定转矩，特性与直流串励电动机保持励磁电流恒定、调节电压改变速度的控制方法相同。由异步电动机的转矩公式可知，保持电源的电压与频率之比U//■及转差频率人恒定可以得到这一特性；另外，从车辆的速度与电源频率基本成正比，而车辆的速度与电动机的反电势也是正比关系来看，电源电压应当与车辆的速度即电源频率成正比，也就是保持u//•恒定。但是，逆变电路输出电压的最大值受电网电压限制，采用这种控制方法得到的速度范围不是无限的。它相当于应用直流串励电动机的车辆用调节电阻来控制主电动机的端电压得到的速度范围。U//•保持恒定时，如果忽略定子的漏阻抗，则气隙磁通和转矩也不变。但是，当定子频率f降低至一定数值以下时，虽然定子漏抗数值也相应减小，但定子电阻却与频率无关，此时定子电阻压降影响大大增加，因而造成气隙磁通迅速减小，转矩随之减小，所以用恒U//•运行时，低频率特性不够满意，为此,在低频率时要适应加大电压，即增大■值以保持气隙磁通不变。恒转差频率控制这是逆变电路的输出电压达到最大值后，仅仅改变逆变电路输出频率的控制方法。恒功率控制恒转差率控制时，随着速度增加，转矩急剧下降；如果设计时转差频率对于最大值留有余地，则在速度增加的同时增加转差频率，可以防止转矩下降过多。恒电压控制U/，恒定控制时，即使逆变电路输出电压为最大，如果输出电流、转差频率到最大转矩对应点还有裕量，可以用恒转矩控制扩大速度范围。以上的方法只是用于开环控制系统。如果采用闭环系统，则可使Ulf为常数，这样在包括低频在内的整个频率范围内都可得到恒磁通运行。目前，用于城市轨道交通车辆的闭环控制系统有转差-电流控制（如上海地铁2号线地铁车辆牵引电动机控制）、矢量控制（如广州地铁1号线地铁车辆牵引电动机控制）及直线转矩控制（如深圳地铁1号线地铁增购车车辆牵引电动机控制）等。（2）异步电动机矢量控制调速为了改善异步电动机的动态性能，产生了矢量控制理论，矢量控制主要以产生同样的旋转磁势为准则，把三项定子电流变换为等效的二相定子电流，也就是把三相异步电动机等效为二相异步电动机。若将互相垂直的两绕组分别通以直流电流，产生合成磁势F,并让包含两绕组在内的整个铁心旋转，这样合成磁势F也旋转，若此旋转磁势大小和转速与二相固定交流绕组产生的磁势相同，则交流两相异步电动机等效为直流电动机，这个等效变换为旋转变换。矢量控制调速系统主要是对转矩与转子磁通的控制，转矩给定值由转差决定,磁通给定值根据速度给定，在基速以下磁通恒定，超过基速，则进行磁场消弱。矢量控制逆变器分为电流型和电压型，电流型逆变器通过转矩调节器输出给定旋转坐标系中电枢绕组电流给定值，通过磁通调节器输出给定旋转坐标系中励磁绕组电流给定值，对上述两变量进行旋转逆变变换，得到在静止坐标系中对应的给定值，再经过坐标变换，等效为三相异步电动机定子电流的给定值，把给定电流作为可控制电流逆变器的三相电流控制信号，由逆变器驱动电动机，在城市轨道交通车传动控制中，多采用电压逆变器。直接转矩控制调速感应电动机控制的本质是控制电磁转矩。感应电动机高性能的转矩控制方法主要有两种有直接转矩控制和矢量控制方式，这两种方式都可以使电动机保持快速动态响应以及良好的稳态性能，其区别仅在于直接转矩控制建立在定子磁场旋转坐标系中，矢量控制建立在转子磁场旋转坐标系中，采用高性能的直接转矩控制技术，感应电动机的控制性能可与他励直流电动机相媲美。直接转矩控制通过定子磁链定向，直接对转矩进行控制，省去了繁杂的解耦过程，使得系统结构简单、控制方便。改方式在每个采样周期所选用的电压矢量，总是保证转矩在t=0时刻能最快地向着正确方向变化。这种方法选择的电压矢量，在控制周期的开始时刻控制效果最佳，但是整个控制周期内的效果却未必最好。通过研究分析，采用预期电压法选择电压矢量可以改善这种情况,减小转矩的脉动。预期电压法的操作方式如下：首先根据转矩偏差、磁链偏差和转速计算出一个能达到最佳控制的预期电压，然后用电压型逆变器的6个工作电压中与之相邻的两个电压矢量来合成它，计算出各自的工作时间，然后用零电压补足采样周期。采用该类型的直接转矩控制系统，通过电压合成，没个周期内一般有两个非零电压和一个零电压以最佳的时间搭配，交替作用，从而相当于控制频率增到了两倍或两倍以上，使控制更加准确，性能在整个周期内趋向最佳。一般认为，传统的直接转矩控制采用两个滞环比较器,通过bang-bang控制实现对磁链和转矩的解耦控制，而矢量控制的主要目标是采用坐标变换方法对定子电流进行解耦控制，并间接地实现对转矩和磁链的解耦控制。两者的主要区别在于：矢量控制一般具有PWM逆变器和定子电流闭环，而直接转矩控制没有。实际上，目前的直接转矩控制和矢量控制正在不断地融合，取长补短,构成更加优良的控制系统，将是未来的发展方向。4、交流电机在城轨交通的应用实例城市轨道交通交流动车1C4M工作原理1C4M是指一台VVVF逆变器给同一辆车四台相互并联的异步电动机供电的方式，也叫“车控”方式。如广州地铁采用的就是车控供电方式。也有一种配置是一台逆变器给同一转向架上的两台并联的牵引电机供电，称为“架控”方式，即“1C2M”，如天津滨海地铁。供电方式的选择取决于牵引、制动特性要求,以及逆变器与电机的容量。如果一台逆变器仅给一台牵引电机供电，称为“轴控”方式，即“1C1M”。在城轨动车中由于牵引电机功率较小，没必要采用轴控的方式。VVF逆变器其作用是在牵引工况将直流电能变换为电压和频率可调的交流电能供给牵引电机。在电制动工况时，逆变器以整流的方式将电能反馈给电网（再生制动）或消耗在电阻上（电阻制动）。（2） “两动一拖（2M1T）"单元车电路原理图7为两动一拖单元车主电路结构框图。电网经受电弓后分别经两台动车（B车和C车）的高速开关给逆变器供电，每节动车由一台主牵引逆变器控制两个转向架的四台交流牵引电机，四台交流牵引电机采用并联形式运行；而在拖车（A车）上的辅助逆变器的供电是由受电弓受流后经过隔离二极管进行的。图2.5两动一拖单元车主电路结构框图（3）广州地铁1号线车辆主牵引系统案例分析广州地铁1号线车辆牵引和电制动系统由德国Adtranz公司提供，是国内首家采用交流传动和动力分散型控制技术的地铁车辆项目。整个系统由受电弓、高速断路器HSCB、VWF牵引逆变器、DCUXUNAS（牵引控制单元）、牵引电动机、制动电阻等组成，列车受电弓从接触网受流，通过高速断路器后，将DC1500V电压送到VWF牵引逆变器。VWF牵引逆变器采用PWM模式，将DC1500V逆变成频率、电压可调的三相交流电，平行供给车辆四台交流笼型异步牵引电动机，对电动机进行调速，实现列车的牵引、制动功能。每台牵引电机轴上装设一个速度传感器，两个输出通道。每个通道相差为90°的方波，通过判断相差确定转向。每个牵引控制单元连接3个速度传感器。正常情况下，该数值直接送入牵引控制单元进行牵引控制，在进行速度测量的时候，如果出现各速度值不相等的情况（例如空转/滑行时），甚至在极端情况下，一台电动机的速度信息对于牵引控制也是足够的。电动机的控制采用空间矢量控制，电动机的磁通大小和方向（空间矢量）通过逆变器输出电压、相电流和电动机速度的参数可近似得到。而绕组中的电流和电动机电压做为空间矢量与磁通量有关，该解耦过程可实现单独控制磁通和转矩（磁场定向控制）电动机转矩电流的产生取决于励磁磁场和转子磁场的交互作用。如果是异步电动机，励磁磁场和转子磁场均由定子电流产生。当高速度时，电动机达到控制的限制点。电动机过渡到弱磁模式，在该模式下，脉冲的控制优先于逆变器设定转矩的输入控制。三、直线电机轨道交通1、 直线电机的发展历史一般电动机工作时都是转动的.但是用旋转的电机驱动的交通工具（比如电动机车和城市中的电车等）需要做直线运动，用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动，这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置，能不能直接运用直线运动的电机来驱动，从而省去这套装置，人们就提出了这个问题，现在已制成了直线运动的电动机，即直线电机。直线电机结构可以根据需要制成扁平型、圆筒型或盘型等各种型式。2、 直线电机的特点直线电机驱动的装置相比，具有以下优点：•采用直线电机驱动的传动装置，不需要任何转换装置而直接产生推力。•它可以省去中间转换机构，简化了整个装置或系统，而且运行可靠、效率提高、易于维护、降低成本。普通旋转电机由于受离心力的作用，其圆周速度受到限制，而直线电机运行时，它的直线速度可以不受限制。•直线电机是通过电能直接产生电磁推力的，其运动可以无机械接触，大大减小了机械耗损。•旋转电机通过钢绳、齿条、传动带等转换机构转换直线运动，噪声是不可避免的，而直线电机是靠电磁力驱动装置运行的，噪声很小或无噪声。•直线电机结构简单，初级铁心在嵌线后可用环氧树脂等密封成整体,可在潮湿、腐蚀或有害和高低温环境中使用。•直线电机散热效果好，特别是常用的扁平型短初级直线电机，初级的铁心和绕组端部，直接暴露在空气中，同时次级很长，热量容易散发，热负荷可取较高值，不需要附加冷却装置。直线电机主要有两方面不足：•与同容量旋转电机相比，直线电机的效率和功率要素要低，尤其是在低速时比较明显。主要原因：一是直线电机初、次级气隙一般比旋转电机的气隙要不，因此所需的磁化电流较大，使损耗增加；二是由于直线电机初级铁心两端开断，产生了所谓的边端效应，从而引起波形畸变等问题，也导致损耗增加，但从整个系统来看，直线电机省去中间传动传动装置系统的效率有时还会比旋转电机的系统高。•直线电机特别是直线感应电动机的启动推力，受电源电压的影响较大，故需采取有关措施保证电源灯的稳定或改变电机的有关特性来减少或消除这种影响。3、直线电机的基本原理直线电机一般分为直线同步电机和直线感应电机二种类型，城市轨道交通中一般使用直线感应电机（LIM）,简称直线电机。直线电机是从旋转电机演变而来的。它的基本构成和作用原理与普通旋转电机类似，就如同将旋转电机沿半径方向切开展平而成。于是，其传动方式也就由旋转运动变为直线运动。直线感应电机的工作原理类似于传统的旋转感应电机，可以理解为旋转感应电机的渐近线是线型的。即将旋转感应电机静止的定子（电磁铁和线圈）安装在车辆的转向架上、将旋转的转子（感应板）平铺设置在线路轨道的中间，当电流通过直线电机的电磁铁线圈时，会产生向前方向的磁场、通过与轨道感应板的相互作用产生牵引力，推动列车前进；改变磁场方向。则使列车后退。4、直线电机在城市轨道交通的应用（1）直线电机的控制工业领域广泛应用于交流异步牵引电动机的矢量控制具有快速的动态响应和稳态性能，但不能直接应用在城轨车辆的直线牵引电机。直线牵引电机必须考虑到:a.因轨道上铺设的感应板结构、材料质量及间隙宽度等的改变引起的直线牵引电机参数的变化;b.在车站、车辆段等位置附近有一个感应板作用减弱区域，在该区域内的直线牵引电机性能会发生较大的变化。由此可知，直线电机的等效电路（如图3.1所示）互感Lm和二次侧电阻Rr变化比较大，要实现对直线牵引电机的有效的矢量控制，必须根据空气间隙变化和感应板材料质量变化等进行补偿控制。Rs,一次侧耳电阻;Rr二次侧耳电阻*;Lis一次侧耳磁漏电感;L2s二次侧耳磁漏电感*;Lm互感;S转差率;*

已换算到一次侧图3.1 直线牵引电机等效模矢量控制方法矢量控制的基本原理是将电机的模型方程参考系转换成同步旋转d-q轴,成90°分割相并以同步速度旋转。磁通量位于d轴，一次侧电流矢量可以分解为二次有功电流矢量Iq和磁通电流矢量Id。将磁通量和牵引力分离，对磁通电流Id单独控制，直到电流Iq和Id并分别与参考电流Iqref和Idref相等。气隙变化补偿控制激励电感随空气隙的变化而波动,结果磁通也引起波动。激励电感的波动随励磁电流的波动而决定，因而磁通的波动可由励磁电流变化的补偿来控制。感应板质量变化补偿控制感应板质量的变化引起次级电阻等电机性能的变化,通过转差频率的补偿使转矩的波动得到有效的控制（2）直线电机轨道交通的应用情况•磁悬浮系统也是直线电机牵引系统之一，但由于该系统除了应用直线电机牵引的功能外，还应用它的悬浮和导向功能，因此它的原理、结构和其它配套系统方面与传统的轮轨系统有着比较大的差别，而且从发展的观点看,磁悬浮系统除了