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摘要：电客车上线运营前需要进行严格的试验测试，牵引制动性能是试验的重点。天津地铁2号线增购车试验过程中，列车小级位低速牵引过程中，车辆发生较为剧烈振动现象，本文通过对列车牵引控制原理，车辆振动原因分析，找到合理解决方案。
关键词：车辆振动；直接转矩控制；共振
一、车辆运行控制原理
本项目采用直接转矩控制列车牵引工况，车辆运行包括恒转矩控制、恒功率控制和自然特性区，车辆运行控制原理如下：
（1）恒转矩控制区—VVVF
逆变器电压V增加时，增加逆变器频率f，保持V/f值恒定，感应电机磁通保持不变，电机转矩恒定。
（2）恒功率控制区—CVVF
当电压增加到逆变器额定最大输出值时，电压保持不变，仅增加频率，感应电机磁通减小，电机输出功率保持恒定不变。
（3）自然特性区—CVVF
电压保持不变，仅增加频率，感应电机磁通减小，进入感应电机自然特性区域，转矩与频率的平方成反比。
二、故障现象
列车试验过程中，发现低速牵引时存在振动现象。将列车运行在小级位低速牵引状态下，让列车保持低速状态下，列车存在明显的上下方向振动现象，将此项故障定义为本论文所述的小级位低速牵引振动问题。
三、振动原因分析
1、牵引与保持制动缓解配合不当。论文显示长沙地铁出现过列车牵引与保持制动配合不当，造成车辆振动问题，经过调整牵引与保持制动软件配合，此问题得到有效解决。为测试是否存在此问题，将列车保持制动功能切除，在列车低速小级位牵引过程中，列车振动现象依然存在。
2、牵引电机启动电流冲击。三相异步电动机直接启动冲击电流峰值为8~12In，持续时间20ms~30ms左右，启动电流值5~8In，持续时间1~10S。本项目采用VVVF直接转矩控制，采用变频启动方式，具有启动电流小，启动平稳特点，TMS监控软件显示不存在启动冲击电流，顾分析非本故障原因。
3、VVVF输出三相交流电谐波含量过高，造成车辆振动。旋转电机定子中正序和负序谐波电流，分别形成正向和反向旋转磁场，使旋转电机产生固定数的振动力矩和转速的周期变化，从而使电动机效率降低，发热增加。谐波原因引起车辆振动，列车会在不同速度下产生不同程度振动，本试验列车仅在速度为2公里左右时产生明显振动，谐波引起振动现象不一致。
4、三相阻抗不平衡，引起三相电压不平衡。在不平衡电压作用下，负序电流产生制动转矩，使异步电动机的最大转矩和输出功率下降。正反磁场的相互作用，产生脉动转矩，可能引起电机振动。VVVF输出数据正常，三相电压平衡度较好，顾分析非本故障原因。
5、电机加工误差。电机加工存在误差，转子回转几何中心与重心不一致，电机转动过程中，会产生振动，速度越高，振动越明显。电机制造商此产品较为成熟，全国大规模应用，未出现加工误差问题，且全部电机存在振动现象，非个别电机。
6、直接转矩控制低速区控制不当，造成车辆振动。直接转矩控制低速区控制不当，会产生脉动。直接转矩低速区范围主要指30%额定转速以下，直接转矩控制不当，列车存在一定程度的脉动冲击问题，降低乘客舒适度，本方案低速采用18边形电压矢量空间控制代替传统的六边形电压空间矢量控制，控制精度高，冲击限制好。速度范围与本故障特点不符，顾分析非本故障原因。
7、电机与转向架或车体共振，引起车辆振动。针对共振问题，分别在电机、齿轮箱、转向架布置振动传感器12个，具体布置位置如表1。
表1 振动传感器布置
测试结果如下图：为防止测试存在误差，在三个动车分别测试，结果基本一致，测试结果见图1、图2：
图2 电机测点数据
（1）从图上看出，共振频率为15HZ，转向架的驱动侧和非驱动侧垂向加速度存在10多倍的差距。
（2）在列出速度为1-1.5公里时，电机与转向架发生共振。
（3）在其他速度区域，电机的振动加速度和转向架的振动加速度相当，并且转向架上的四个点之间不存在明显的差异。
四、故障解决方案
1、牵引供应商更改脉冲分配版程序，由V2.0升级为V4.0。减少MCU扫描周期，电机输出与目标输出误差减小，全速度周期内电机自身振动幅值减小，振源幅值减小，电机与转向架共振减弱。
2、惰行工况下，低速封锁电机励磁。牵引供应商为提高列车牵引响应速度，在列车惰行时，提供励磁电流，提高响应速度。改进措施是低速惰行时封锁电机励磁，减少惰行励磁造成车辆振动。
3、通过修改电机控制软件和低速区段封锁电机励磁，2号线车辆小级位牵引振动问题得到了有效解决，AW0、AW2、AW3状态下，验证车辆运行状态良好，运行平稳。
五、结论
通过对直接转矩控制原理、牵引控制原理，电机振动各种原因的分析，并结合振动试验测试，确认车辆振动原因为电机与转向架共振引起，通过牵引供应商软件优化，解决了车辆小级位低速牵引振动问题，列车运营两年多，未发生此故障，故障得以有效解决。
参考文献：
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