目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"緒論 6摘要 7\o"CurrentDocument"一、 直流牽引電機在城軌上的應用 8\o"CurrentDocument"1、 認識直流牽引電機 8直流電機的基本結構 8\o"CurrentDocument"直流電動機的工作原理 9直流電機的特點 9\o"CurrentDocument"2、 直流牽引電機在城軌上的應用 10\o"CurrentDocument"二、 交流牽引電機在城軌上的應用 11\o"CurrentDocument"1、 交流電機的結構 112、 交流電動機的工作原理 12三相異步電動機轉差率和轉速 12異步電動機等效電路 13異步電動機特性 14異步電動機轉矩-轉速曲線 15\o"CurrentDocument"3、 交流異步電動機的轉速控制 16異步電動機的轉速控制方法 16異步電動機矢量控制調速 17直接轉矩控制調速 18\o"CurrentDocument"4、 交流電機在城軌交通的應用實例 18城市軌道交通交流動車1C4M工作原理 18“兩動一拖(2M1T)”單元車電路原理 19廣州地鐵1號線車輛主牽引系統(tǒng)案例分析 19\o"CurrentDocument"三、 直線電機軌道交通 20\o"CurrentDocument"1、 直線電機的發(fā)展歷史 20\o"CurrentDocument"2、 直線電機的特點 20\o"CurrentDocument"3、 直線電機的基本原理 21\o"CurrentDocument"4、 直線電機在城市軌道交通的應用 21直線電機的控制 21直線電機軌道交通的應用情況 22\o"CurrentDocument"總結 23\o"CurrentDocument"參考文獻 24致謝 25緒論目前，城市交通日益緊張，出行難己經成為城市的一大難題。進入21世紀,我國把“發(fā)展城市軌道交通”列入國民經濟第十個五年計劃發(fā)展綱要，國務院辦公廳發(fā)出《關于加強城市快速軌道交通建設管理的通知》，把發(fā)展軌道交通做為解決大城市交通擁堵，改善城市工作、生活與投資環(huán)境，促進城市可持續(xù)發(fā)展的途徑與手段，并以政府行為與重大戰(zhàn)略的形式提出來，給軌道交通帶來了新的發(fā)展機遇。城市軌道的出現給人們帶來極大的便利與快捷。而牽引電機做為機車動車最基本和最重要的組成部分，它是城市軌道交通車輛得以實現牽引及電制動的動力機械。牽引電機將電能變?yōu)闄C械能，產生牽引力驅動列車；又可將機械能變?yōu)殡娔?，實現電制動。所以牽引電機的性能和可靠性直接關系到城市軌道交通車輛的運行。隨著城市化進程的加快，城市人口、范圍急劇增加，城市交通越來越擁擠，城市軌道交通的出現成為必然。做為軌道交通車輛的動力機械，牽引電機的使用與發(fā)展成為城市發(fā)展的重要一環(huán)。隨著經濟與科學技術水平的逐漸提高，人們希望交通更加安全、舒適與便捷。雖然直流牽引電機具有優(yōu)良的牽引和制動性能，但直流牽引電機的換向器結構尚存在一系列缺點：電機換向困難和電位條件惡化、結構復雜、工作可靠性較差、制作成本高和維修麻煩。特別是在高電壓大功率時，換向器變的困難,電位條件惡化，使電機的工作可靠性降低。而交流電機沒有換向器，作為牽引電動機就消除了由此引起的一連串問題，而且結構簡單、維修方便、體積小、重量輕、轉速高、功率大、能自動防滑等一系列優(yōu)點，是一種比較理想的牽引電動機，在城市軌道交通領域中正迅速取代直流牽引電動機。隨著社會的發(fā)展,人們要求城軌交通要更加經濟，對路線的適應性更強，并且車輛的維修更加簡單，于是直線牽引電機誕生了。摘要：隨著城市化的發(fā)展，軌道交通在現代大城市中越來越起著重要的作用。而牽引電機做為機車動車最基本和最重要的組成部分，它是城市軌道交通車輛得以實現牽引及電制動的動力機械。本課題主要分析城軌交通車輛的牽引電機使用情況，介紹了直流電機、交流電機以及直線電機的結構、工作原理以及各電機在城市軌道交通中的應用。關鍵字：城軌交通、牽引電機、應用與發(fā)展一、直流牽引電機在城軌上的應用我國是一個人口大國，隨著城市化的發(fā)展，人口也越來越多，城市交通也變得越來越擁擠，國家的經濟發(fā)展迫切需要改變這一現狀。為了改變這一現狀,發(fā)展城市軌道交通成為解決我國城市交通擁擠的根本途徑。于是在1967年，我國自主研制成功第一代地鐵車輛，它是以直流的方式來運行的。以直流電機做為驅動電機是最早應用與城市軌道車輛的傳動方式。1、認識直流牽引電機直流電機是實現直流電能與機械能之間相互轉化的電力機械，它主要采用串激形式，通過改變電機端電壓或激磁電流調節(jié)電機轉速，具有良好的牽引性能，且技術可靠。由于直流電機具有良好的啟動和調速性能，常應用于對啟動和調速有較高要求的場合，例如城市電車、地鐵列車。(1)直流電機的基本結構直流電動機和直流發(fā)電機的結構基本一樣。直流電機由靜止的定子和轉動的轉子兩大部分組成，在定子和轉子之間存在一個間隙，稱作氣隙。定子的作用是產生磁場和支撐電機，它主要包括主磁極、換向磁極、機座、電刷裝置、端蓋等。轉子的作用是產生感應電動勢和電磁轉矩，實現機電能量的轉速，通常也被稱作電樞。它主要包括電樞鐵心、電樞繞組以及換向器、轉軸、風扇等。主磁極主磁極的作用是產生主磁通，它由鐵心和勵磁繞組組成，鐵心一般用1mm?1.5mm的低碳鋼片疊壓而成，小電機也有用整塊鑄鋼磁極的。主磁極上的勵磁繞組是用絕緣銅錢繞制而成集中繞組，與鐵心絕緣，各主磁極上的線圈一般都是串聯起來的。主磁極總是成對的，并按N極和S極交替排列。換向磁極換向磁極的作用是產生附加磁場，用以改善電機的換向性能。通常鐵心由整塊鋼做成，換向磁極的繞組應于電樞繞組串聯。換向磁極裝在兩個主磁極之間。其極性在作為發(fā)電機運行時，應與電樞導體將要進入的主磁極極性相同；在作為電動機運行時，則應于電樞導體剛離開的主磁極極性相同。機座機座一方面用來固定主磁極、換向磁極和端蓋等，另一方面作為電機磁路的一部分稱為磁輾。機座一般用鑄鋼或者鋼板焊接而成。電刷裝置在直流電機中，為了使電樞繞組和外電路連接起來，必須裝設固定的電刷

裝置，它是由電刷、刷握和刷桿座組成的，電刷是用石墨等做成的導電塊，放在刷握內，用彈簧壓指將它壓觸在換向器上。刷握用螺釘夾緊在刷桿上，用銅絞線將電刷和刷桿連接，刷桿裝在刷座上，彼此絕緣，刷桿座裝在端蓋上。電樞鐵心電樞鐵心的作用是通過磁通和安放電樞繞組。當電樞在磁場中旋轉時，鐵心將產生渦流和磁滯耗損。為了減少耗損，提高效率，電樞鐵心一般用硅鋼片沖疊而成。電樞鐵心具有軸向冷卻通風孔，鐵心外圓上均分布著糟，用以嵌放電樞繞組。電樞繞組電樞繞組的作用是產生感應電動勢和通過電流產生電磁轉矩，實現機電能量轉換。繞組通過常用漆包線繞組制而成，嵌入電樞鐵心槽內，并按一定的規(guī)則連接起來。為了防止電樞旋轉時產生的離心力使繞組飛出，繞組嵌入槽內后,用槽鍥壓緊；線圈伸出槽外的端接部分用無線玻璃絲帶扎緊。(2)直流電動機的工作原理如圖1.1：(a)電流方面a—d(b)(a)電流方面a—d(b)電流方向相反d—a圖1.1直流電機工作原理電樞不用外力驅動，把電刷A、B接到直流電源上假定電流從電刷A流入線圈，沿a到b到c到d方向，從電刷B流出。載流線圈在磁場中將受到電磁力的作用，其方向按左手定則確定，ab邊受到向上的力，cd邊受到向下的力，形成電磁轉矩，結果使電樞逆時針方向轉動，當電樞轉到90°時，線圈雖無電流和力矩，但在慣性的作用下繼續(xù)旋轉。當電樞轉過180。時，電流仍從電刷A流入線圈，沿d到c到b到a方向，從電刷B流出。由上可知：當直流電動機接入直流電源時，借助于電刷和換向器的作用，使直流電動機電樞繞組中流過方向交變的電流，從而使電樞產生恒定方向的電磁轉矩，保證了直流電動機朝一定方向連續(xù)旋轉。直流電機具有寬廣的調速范圍，平滑的無級的調速特性，可實現頻繁的無級快速啟動、制動和反轉；過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載；能滿足自動化生產系統(tǒng)中各種特殊運行的要求。但它也有顯著地缺點：一是制造工藝復雜，消耗有色金屬較多，生產成本高：二是運行時由于電刷與轉換器之間容易產生火花，因而可靠性較差，維護比較困難。所以在一些對調速型能要求不高的領域中己被交流變頻調速系統(tǒng)所取代。但是在某些要求調速范圍大'快速性高、精密度好、控制性能優(yōu)異的場合，直流電動機的應用目前占有較大的比重。直流電機的特性與勵磁方式有關，直流電機的勵磁方式有:圖1.2直流電動機按勵磁方式分類a）他勵b）并勵c）串勵d）復勵直流電機的勵磁特點：串勵電動機機械穩(wěn)定性較好、他勵電動機機械穩(wěn)定性較差、部分差復勵電機無機械穩(wěn)定性；負載分配不均對串勵電機的影響遠遠小于他勵電機；電壓波動對串勵電機的影響遠遠小于他勵電機；串勵電機的功率利用優(yōu)于他勵電機；他勵電機的防空轉能力優(yōu)于串勵電機；他勵電機的制動能力優(yōu)于串勵電機.2、直流牽引電機在城軌上的應用直流電機中的串勵電機的軟特性（近似雙曲線）有利于在較大范圍內調節(jié)電機的輸出轉矩和轉速，公率近似恒定使電網功率波動較小，以及其他一系列的優(yōu)點，在直流傳動系統(tǒng)得到了廣泛的應用。隨著電力電子技術和自動化技術的發(fā)展，通過對電機磁場的連續(xù)控制，使電機可具有各種特性，他勵和復勵電機也得到了應用。當幾臺電機并聯時負載分配，可采用對每臺電機的電樞2獨立供電或對每臺電機的磁場獨立控制，使各電機的負載電流相同；當動輪發(fā)生空轉時，維持原勵磁電流不變，恢復原有他勵電機的特性；當電樞電壓突然變化時，由于他勵電機的原勵磁電流跟蹤電樞電流的速度較慢（且有磁慣性），表現為瞬時的他勵電機特性，往往形成較大的沖擊電流；而用復勵電機，其串勵繞組所表現的串勵特性有利于減輕電流沖擊，且可緩和幾臺電機并聯運行時負載電流分配問題，其他勵繞組所表現的他勵特性有利于防空轉。直流電機在運行時通過變阻控制（調節(jié)串入電樞回路的電阻值，改變牽引電機的端電壓）和斬波調壓（通過接在電網與牽引電機之間的斬波器的導通與關斷來改變牽引電機的端電壓）來控制電機的速度。二、交流牽引電機在城軌上的應用直流牽引電機具有優(yōu)良的牽引和制動性能，調節(jié)端電壓和勵磁，就可以方便的進行調速。但是，直流牽引電機的換向器結構尚存在一系列缺點：電機換向困難和電位條件惡化、結構復雜、工作可靠性較差、制作成本高和維修麻煩。特別是在高電壓大功率時，換向器變的困難，電位條件惡化，使電機的工作可靠性降低。交流電機沒有換向器，作為牽引電動機就消除了由此引起的一連串問題，而且結構簡單、維修方便、體積小、重量輕、轉速高、功率大、能自動防滑等一系列優(yōu)點所以是一種比較理想的牽引電動機，在城市軌道交通領域中正迅速取代直流牽引電動機。下面我以南京地鐵的三相異步電機為例談談交流電機在城軌方面的應用。1、交流電機的結構交流電動機由定子和轉子組成，在模型中，定子是靜止不動的部分，轉子是旋轉部分，在定子與轉子之間有一定的氣隙。定子由鐵心、繞組與機座三部分組成。轉子由鐵心與繞組組成，轉子繞組有鼠籠式和線繞式。鼠籠式轉子是在轉子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個銅端環(huán)上而組成；線繞式轉子繞組與定子繞組一樣，由線圈組成繞組放入轉子鐵心槽里。鼠籠式與線繞式兩種電動機雖然結構不一樣，但工作原理是一樣的。電機結構組成如圖：接線盒圖2.1交流電機結構2、交流電動機的工作原理目前城市軌道交通車輛普遍采用交流異步牽引電機，這是因為同步電機需要集電環(huán)和電刷，或者在轉子上安裝旋轉整流器，不適于頻繁起動和停止的工作需要，也不能在輪徑不同或牽引電機轉速有差別時，由一臺逆變器驅動多臺電機并聯工作。交流牽引電機在空間利用和重量上都優(yōu)于同步電機，尤其是籠型異步電動機，在工業(yè)上是最長用的。這種電動機非常經濟、耐用、可靠。異步電動機采用VWF控制，即直流電通過逆變器變?yōu)槿嘟涣麟姡秒妷汉皖l率的變化來控制異步電動機的轉速，獲得最佳的調速性能，并實現再生制動。三相異步電動機轉差率和轉速三相異步電機最基本的工作原理之一是在氣隙中建立旋轉和正弦分布的磁場。若忽略槽的影響，則三相繞組分布對稱。正弦三相對稱電源加到三相定子繞組上會建立一個同步旋轉磁場。若初始時轉子處于靜止狀態(tài)，磁場將從轉子導條上掃過，在短路的轉子電路中感應出相同頻率的電流。氣隙磁鏈和轉子磁勢相互作用產生轉矩。只有當轉子的轉速與磁場的轉速(同步轉速)出現轉速差，才會感應轉子電流，從而產生轉矩。旋轉磁場的同步轉速n,與電機轉子實際轉速n之差與旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率?_ns~n異步電動機轉速為P式中為定子頻率，單位Hz；’為電動機對數；s為轉差率。（2） 異步電動機等效電路三相籠型異步電動機，其轉子是一個籠型結構，兩端具有兩個短路環(huán)。異步電機本質上可被看成一個具有旋轉和短路的二次繞組的三相變壓器，定子鐵心和轉子鐵心都是由鐵磁鋼薄片疊成的，電動機中的氣隙實際上是均勻的。所以異步電動機也可以用類似于變壓器電路的異步電動機每相等效電路（見圖2.2）來表示。圖中定子繞組的電阻、漏抗電阻分別為玉，轉子繞組的內阻、漏抗內阻分別為弓、x2o定子繞組的電壓、電動勢、電流相量分別為U】、如、lx,轉子繞組的電動勢、電流相量分別為屈、L，勵磁支路的電阻、電抗、電流相量分別為弁、工0、I0OC）圖2.2交流異步電動機等效電路旋轉磁場以同步轉速化旋轉。如果轉子靜止不動（s=l）,轉子與旋轉磁場的相對轉速就是4,在轉子中產生感應電動勢底的頻率等于旋轉磁場的頻率f°若果轉子旋轉，轉差率為S,則轉子與旋轉磁場的相對轉速為在轉子中產生的感應電動勢為S&2,頻率為礦，二次漏抗為SX2。由圖a可知，二次電流匕為

［廠sE‘22據+"卜+（士頊+"圖4-a也可用圖4-b來表示，電動機帶負載相當于在變壓器的二次側接入負載電阻（r/s-r2）o和變壓器計算一樣，將二次側以1：1的變化換算到一次側；并考慮到勵磁電流了。比較小，可以將勵磁電路移到電源側，得到簡化的等效電路圖4-c所示。（3）異步電動機特性根據圖4-c所示每相等效電路，可以求出感應電動機的各項特性。a.電流一次負載電流匕（等于二次電流到一次電流的換算值）：" UiJ(^±^)2+(m+x2)2一次電流人:；=A+/q式中4為勵磁電流。尸=色' (E)2+(m)2功率由定子向轉子輸入電磁功率烏，即消耗在負載（弓/s-弓）上的功率為:叩尸=色' (E)2+(m)2轉子銅損％2為,2%2=L弓轉子輸出的機械功率烏為叩If)弓R=P〔_Pcu1=I宜2= , ~( )2+(%j+X2)2C.轉矩一般電動機的輸出機械功率可表示為:烏=時轉差率為S的異步電動機輸出轉矩T為T=4=6°孔= s一ty一2初°一2沏$（寸1）2+（也+電2

當頻率和電源電壓恒定式，即異步電動機的輸出轉矩T是轉差率s的函數。（4）異步電動機轉矩-轉速曲線電動機轉矩由定子氣隙和轉子電流決定，轉子電流與轉子導體切割磁通的次數即轉差率成正比。所以，當電源的頻率、轉差和加在電動機上的電壓變化時，轉矩相應變化。轉差率由1到0,即轉子由靜止到同步轉速時異步電動機的轉矩、負載電流和一次電流變化如圖2.3所示。圖2.3異步電動機的轉矩、電流和轉差率關系曲線電源的頻率、電壓變化時，電動機的電流和轉矩相應變化曲線如圖6所示。不同的定子電壓下的轉矩-轉速曲線如圖2.4-c所示。由于在電源電壓降低時，氣隙磁鏈減小，所以在低轉速時，定子電流往往非常大，從而造成高銅損耗。若增加定子頻率而電壓保持恒定，轉矩-轉速曲線如圖2.4-b所示。隨著頻率的增加，氣隙磁鏈和轉子電流減小，轉矩相應減小。在低頻區(qū)域成比例地同時降低定子電壓，即電壓/頻率=常數時，轉矩-轉速曲線如圖2.4-d所示，轉矩對定子電流的靈敏度很高，控制定子電流可具有快速的瞬態(tài)響應。當電源的電壓與頻率之比保持恒定時改變頻率，電動機的電流和轉矩相應變化曲線如圖所示。在轉矩恒定區(qū)域，電機的氣隙磁鏈保持恒定，在變頻運行時電動機可以以比較大轉矩起動，電動機效率高。圖2.4異步電動機基本特性曲線的變化九一轉差頻率根據分析可知，電機只有具有轉速增加時轉矩減小、轉速減小時轉矩增大的特性，穩(wěn)定狀態(tài)下的轉速要比最大轉矩轉速稍大。3、交流異步電動機的轉速控制異步電動機的轉速控制方法為了得到與直流串勵電動機類似的牽引特性,異步電動機的轉速控制有以下幾種方法：U//?恒定控制、恒轉差頻率控制、恒功率控制和恒電壓控制。a.U//■恒定控制可以在較大的速度范圍內輸出恒定轉矩，特性與直流串勵電動機保持勵磁電流恒定、調節(jié)電壓改變速度的控制方法相同。由異步電動機的轉矩公式可知，保持電源的電壓與頻率之比U//■及轉差頻率人恒定可以得到這一特性；另外，從車輛的速度與電源頻率基本成正比，而車輛的速度與電動機的反電勢也是正比關系來看，電源電壓應當與車輛的速度即電源頻率成正比，也就是保持u//?恒定。但是，逆變電路輸出電壓的最大值受電網電壓限制，采用這種控制方法得到的速度范圍不是無限的。它相當于應用直流串勵電動機的車輛用調節(jié)電阻來控制主電動機的端電壓得到的速度范圍。U//?保持恒定時，如果忽略定子的漏阻抗，則氣隙磁通和轉矩也不變。但是，當定子頻率f降低至一定數值以下時，雖然定子漏抗數值也相應減小，但定子電阻卻與頻率無關，此時定子電阻壓降影響大大增加，因而造成氣隙磁通迅速減小，轉矩隨之減小，所以用恒U//?運行時，低頻率特性不夠滿意，為此,在低頻率時要適應加大電壓，即增大■值以保持氣隙磁通不變。恒轉差頻率控制這是逆變電路的輸出電壓達到最大值后，僅僅改變逆變電路輸出頻率的控制方法。恒功率控制恒轉差率控制時，隨著速度增加，轉矩急劇下降；如果設計時轉差頻率對于最大值留有余地，則在速度增加的同時增加轉差頻率，可以防止轉矩下降過多。恒電壓控制U/，恒定控制時，即使逆變電路輸出電壓為最大，如果輸出電流、轉差頻率到最大轉矩對應點還有裕量，可以用恒轉矩控制擴大速度范圍。以上的方法只是用于開環(huán)控制系統(tǒng)。如果采用閉環(huán)系統(tǒng)，則可使Ulf為常數，這樣在包括低頻在內的整個頻率范圍內都可得到恒磁通運行。目前，用于城市軌道交通車輛的閉環(huán)控制系統(tǒng)有轉差-電流控制（如上海地鐵2號線地鐵車輛牽引電動機控制）、矢量控制（如廣州地鐵1號線地鐵車輛牽引電動機控制）及直線轉矩控制（如深圳地鐵1號線地鐵增購車車輛牽引電動機控制）等。（2）異步電動機矢量控制調速為了改善異步電動機的動態(tài)性能，產生了矢量控制理論，矢量控制主要以產生同樣的旋轉磁勢為準則，把三項定子電流變換為等效的二相定子電流，也就是把三相異步電動機等效為二相異步電動機。若將互相垂直的兩繞組分別通以直流電流，產生合成磁勢F,并讓包含兩繞組在內的整個鐵心旋轉，這樣合成磁勢F也旋轉，若此旋轉磁勢大小和轉速與二相固定交流繞組產生的磁勢相同，則交流兩相異步電動機等效為直流電動機，這個等效變換為旋轉變換。矢量控制調速系統(tǒng)主要是對轉矩與轉子磁通的控制，轉矩給定值由轉差決定,磁通給定值根據速度給定，在基速以下磁通恒定，超過基速，則進行磁場消弱。矢量控制逆變器分為電流型和電壓型，電流型逆變器通過轉矩調節(jié)器輸出給定旋轉坐標系中電樞繞組電流給定值，通過磁通調節(jié)器輸出給定旋轉坐標系中勵磁繞組電流給定值，對上述兩變量進行旋轉逆變變換，得到在靜止坐標系中對應的給定值，再經過坐標變換，等效為三相異步電動機定子電流的給定值，把給定電流作為可控制電流逆變器的三相電流控制信號，由逆變器驅動電動機，在城市軌道交通車傳動控制中，多采用電壓逆變器。直接轉矩控制調速感應電動機控制的本質是控制電磁轉矩。感應電動機高性能的轉矩控制方法主要有兩種有直接轉矩控制和矢量控制方式，這兩種方式都可以使電動機保持快速動態(tài)響應以及良好的穩(wěn)態(tài)性能，其區(qū)別僅在于直接轉矩控制建立在定子磁場旋轉坐標系中，矢量控制建立在轉子磁場旋轉坐標系中，采用高性能的直接轉矩控制技術，感應電動機的控制性能可與他勵直流電動機相媲美。直接轉矩控制通過定子磁鏈定向，直接對轉矩進行控制，省去了繁雜的解耦過程，使得系統(tǒng)結構簡單、控制方便。改方式在每個采樣周期所選用的電壓矢量，總是保證轉矩在t=0時刻能最快地向著正確方向變化。這種方法選擇的電壓矢量，在控制周期的開始時刻控制效果最佳，但是整個控制周期內的效果卻未必最好。通過研究分析，采用預期電壓法選擇電壓矢量可以改善這種情況,減小轉矩的脈動。預期電壓法的操作方式如下：首先根據轉矩偏差、磁鏈偏差和轉速計算出一個能達到最佳控制的預期電壓，然后用電壓型逆變器的6個工作電壓中與之相鄰的兩個電壓矢量來合成它，計算出各自的工作時間，然后用零電壓補足采樣周期。采用該類型的直接轉矩控制系統(tǒng)，通過電壓合成，沒個周期內一般有兩個非零電壓和一個零電壓以最佳的時間搭配，交替作用，從而相當于控制頻率增到了兩倍或兩倍以上，使控制更加準確，性能在整個周期內趨向最佳。一般認為，傳統(tǒng)的直接轉矩控制采用兩個滯環(huán)比較器,通過bang-bang控制實現對磁鏈和轉矩的解耦控制，而矢量控制的主要目標是采用坐標變換方法對定子電流進行解耦控制，并間接地實現對轉矩和磁鏈的解耦控制。兩者的主要區(qū)別在于：矢量控制一般具有PWM逆變器和定子電流閉環(huán)，而直接轉矩控制沒有。實際上，目前的直接轉矩控制和矢量控制正在不斷地融合，取長補短,構成更加優(yōu)良的控制系統(tǒng)，將是未來的發(fā)展方向。4、交流電機在城軌交通的應用實例城市軌道交通交流動車1C4M工作原理1C4M是指一臺VVVF逆變器給同一輛車四臺相互并聯的異步電動機供電的方式，也叫“車控”方式。如廣州地鐵采用的就是車控供電方式。也有一種配置是一臺逆變器給同一轉向架上的兩臺并聯的牽引電機供電，稱為“架控”方式，即“1C2M”，如天津濱海地鐵。供電方式的選擇取決于牽引、制動特性要求,以及逆變器與電機的容量。如果一臺逆變器僅給一臺牽引電機供電，稱為“軸控”方式，即“1C1M”。在城軌動車中由于牽引電機功率較小，沒必要采用軸控的方式。VVF逆變器其作用是在牽引工況將直流電能變換為電壓和頻率可調的交流電能供給牽引電機。在電制動工況時，逆變器以整流的方式將電能反饋給電網（再生制動）或消耗在電阻上（電阻制動）。（2） “兩動一拖（2M1T）"單元車電路原理圖7為兩動一拖單元車主電路結構框圖。電網經受電弓后分別經兩臺動車（B車和C車）的高速開關給逆變器供電，每節(jié)動車由一臺主牽引逆變器控制兩個轉向架的四臺交流牽引電機，四臺交流牽引電機采用并聯形式運行；而在拖車（A車）上的輔助逆變器的供電是由受電弓受流后經過隔離二極管進行的。圖2.5兩動一拖單元車主電路結構框圖（3）廣州地鐵1號線車輛主牽引系統(tǒng)案例分析廣州地鐵1號線車輛牽引和電制動系統(tǒng)由德國Adtranz公司提供，是國內首家采用交流傳動和動力分散型控制技術的地鐵車輛項目。整個系統(tǒng)由受電弓、高速斷路器HSCB、VWF牽引逆變器、DCUXUNAS（牽引控制單元）、牽引電動機、制動電阻等組成，列車受電弓從接觸網受流，通過高速斷路器后，將DC1500V電壓送到VWF牽引逆變器。VWF牽引逆變器采用PWM模式，將DC1500V逆變成頻率、電壓可調的三相交流電，平行供給車輛四臺交流籠型異步牽引電動機，對電動機進行調速，實現列車的牽引、制動功能。每臺牽引電機軸上裝設一個速度傳感器，兩個輸出通道。每個通道相差為90°的方波，通過判斷相差確定轉向。每個牽引控制單元連接3個速度傳感器。正常情況下，該數值直接送入牽引控制單元進行牽引控制，在進行速度測量的時候，如果出現各速度值不相等的情況（例如空轉/滑行時），甚至在極端情況下，一臺電動機的速度信息對于牽引控制也是足夠的。電動機的控制采用空間矢量控制，電動機的磁通大小和方向（空間矢量）通過逆變器輸出電壓、相電流和電動機速度的參數可近似得到。而繞組中的電流和電動機電壓做為空間矢量與磁通量有關，該解耦過程可實現單獨控制磁通和轉矩（磁場定向控制）電動機轉矩電流的產生取決于勵磁磁場和轉子磁場的交互作用。如果是異步電動機，勵磁磁場和轉子磁場均由定子電流產生。當高速度時，電動機達到控制的限制點。電動機過渡到弱磁模式，在該模式下，脈沖的控制優(yōu)先于逆變器設定轉矩的輸入控制。三、直線電機軌道交通1、 直線電機的發(fā)展歷史一般電動機工作時都是轉動的.但是用旋轉的電機驅動的交通工具（比如電動機車和城市中的電車等）需要做直線運動，用旋轉的電機驅動的機器的一些部件也要做直線運動，這就需要增加把旋轉運動變?yōu)橹本€運動的一套裝置，能不能直接運用直線運動的電機來驅動，從而省去這套裝置，人們就提出了這個問題，現在已制成了直線運動的電動機，即直線電機。直線電機結構可以根據需要制成扁平型、圓筒型或盤型等各種型式。2、 直線電機的特點直線電機驅動的裝置相比，具有以下優(yōu)點：?采用直線電機驅動的傳動裝置，不需要任何轉換裝置而直接產生推力。?它可以省去中間轉換機構，簡化了整個裝置或系統(tǒng)，而且運行可靠、效率提高、易于維護、降低成本。普通旋轉電機由于受離心力的作用，其圓周速度受到限制，而直線電機運行時，它的直線速度可以不受限制。?直線電機是通過電能直接產生電磁推力的，其運動可以無機械接觸，大大減小了機械耗損。?旋轉電機通過鋼繩、齒條、傳動帶等轉換機構轉換直線運動，噪聲是不可避免的，而直線電機是靠電磁力驅動裝置運行的，噪聲很小或無噪聲。?直線電機結構簡單，初級鐵心在嵌線后可用環(huán)氧樹脂等密封成整體,可在潮濕、腐蝕或有害和高低溫環(huán)境中使用。?直線電機散熱效果好，特別是常用的扁平型短初級直線電機，初級的鐵心和繞組端部，直接暴露在空氣中，同時次級很長，熱量容易散發(fā)，熱負荷可取較高值，不需要附加冷卻裝置。直線電機主要有兩方面不足：?與同容量旋轉電機相比，直線電機的效率和功率要素要低，尤其是在低速時比較明顯。主要原因：一是直線電機初、次級氣隙一般比旋轉電機的氣隙要不，因此所需的磁化電流較大，使損耗增加；二是由于直線電機初級鐵心兩端開斷，產生了所謂的邊端效應，從而引起波形畸變等問題，也導致損耗增加，但從整個系統(tǒng)來看，直線電機省去中間傳動傳動裝置系統(tǒng)的效率有時還會比旋轉電機的系統(tǒng)高。?直線電機特別是直線感應電動機的啟動推力，受電源電壓的影響較大，故需采取有關措施保證電源燈的穩(wěn)定或改變電機的有關特性來減少或消除這種影響。3、直線電機的基本原理直線電機一般分為直線同步電機和直線感應電機二種類型，城市軌道交通中一般使用直線感應電機（LIM）,簡稱直線電機。直線電機是從旋轉電機演變而來的。它的基本構成和作用原理與普通旋轉電機類似，就如同將旋轉電機沿半徑方向切開展平而成。于是，其傳動方式也就由旋轉運動變?yōu)橹本€運動。直線感應電機的工作原理類似于傳統(tǒng)的旋轉感應電機，可以理解為旋轉感應電機的漸近線是線型的。即將旋轉感應電機靜止的定子（電磁鐵和線圈）安裝在車輛的轉向架上、將旋轉的轉子（感應板）平鋪設置在線路軌道的中間，當電流通過直線電機的電磁鐵線圈時，會產生向前方向的磁場、通過與軌道感應板的相互作用產生牽引力，推動列車前進；改變磁場方向。則使列車后退。4、直線電機在城市軌道交通的應用（1）直線電機的控制工業(yè)領域廣泛應用于交流異步牽引電動機的矢量控制具有快速的動態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)性能，但不能直接應用在城軌車輛的直線牽引電機。直線牽引電機必須考慮到:a.因軌道上鋪設的感應板結構、材料質量及間隙寬度等的改變引起的直線牽引電機參數的變化;b.在車站、車輛段等位置附近有一個感應板作用減弱區(qū)域，在該區(qū)域內的直線牽引電機性能會發(fā)生較大的變化。由此可知，直線電機的等效電路（如圖3.1所示）互感Lm和二次側電阻Rr變化比較大，要實現對直線牽引電機的有效的矢量控制，必須根據空氣間隙變化和感應板材料質量變化等進行補償控制。Rs,一次側耳電阻;Rr二次側耳電阻*;Lis一次側耳磁漏電感;L2s二次側耳磁漏電感*;Lm互感;S轉差率;*

已換算到一次側圖3.1 直線牽引電機等效模矢量控制方法矢量控制的基本原理是將電機的模型方程參考系轉換成同步旋轉d-q軸,成90°分割相并以同步速度旋轉。磁通量位于d軸，一次側電流矢量可以分解為二次有功電流矢量Iq和磁通電流矢量Id。將磁通量和牽引力分離，對磁通電流Id單獨控制，直到電流Iq和Id并分別與參考電流Iqref和Idref相等。氣隙變化補償控制激勵電感隨空氣隙的變化而波動,結果磁通也引起波動。激勵電感的波動隨勵磁電流的波動而決定，因而磁通的波動可由勵磁電流變化的補償來控制。感應板質量變化補償控制感應板質量的變化引起次級電阻等電機性能的變化,通過轉差頻率的補償使轉矩的波動得到有效的控制（2）直線電機軌道交通的應用情況?磁懸浮系統(tǒng)也是直線電機牽引系統(tǒng)之一，但由于該系統(tǒng)除了應用直線電機牽引的功能外，還應用它的懸浮和導向功能，因此它的原理、結構和其它配套系統(tǒng)方面與傳統(tǒng)的輪軌系統(tǒng)有著比較大的差別，而且從發(fā)展的觀點看,磁懸浮系統(tǒng)除了