基于前端變頻的無工頻牽引變壓器的交直變換系統(tǒng)研究.pdf

1、無工頻變壓器機(jī)車牽引系統(tǒng)與傳統(tǒng)交-直-交傳動(dòng)系統(tǒng)相比較，前者取消了笨重及效率低下的工頻牽引變壓器。電力機(jī)車重量由此得到減輕、效率得到提升。在國外，此類系統(tǒng)的研究工作已經(jīng)展開，并取得了一定成果，引起了廣泛關(guān)注。在國內(nèi)，關(guān)于此類系統(tǒng)的報(bào)道比較少見。對該類系統(tǒng)的研究有利于跟蹤國外技術(shù)動(dòng)態(tài)與技術(shù)發(fā)展，對開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)產(chǎn)品具有重大意義。
　　 通過比較分析該類系統(tǒng)的幾種技術(shù)方案，本文選取了一種輸入端級聯(lián)周波變換器、輸出端并

2、聯(lián)全橋整流器的變換系統(tǒng)作為研究對象。該變換系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)交直交傳動(dòng)系統(tǒng)中的交-直變換環(huán)節(jié)，取消了工頻牽引變壓器，為牽引逆變器提供了穩(wěn)定直流電壓。系統(tǒng)主要特點(diǎn)為:多個(gè)變換模塊級聯(lián)，采用前端變頻以及中頻變壓器電氣隔離。主要研究工作如下:
　　 (1)分析了變換系統(tǒng)主電路工作模式，解決了單級AC/AC/DC變換器換流期間中頻變壓器漏感尖峰電壓問題，分析了單級變換器PWM調(diào)制方式及載波移相技術(shù)在該系統(tǒng)中的應(yīng)用，探討了級聯(lián)系統(tǒng)的控制特性以

3、及每個(gè)變換模塊前端輸入電壓及輸出電流隨模塊參數(shù)的變化規(guī)律，并利用仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了相關(guān)分析。
　　 (2)推導(dǎo)得出了該變換系統(tǒng)主電路參數(shù)計(jì)算式（如輸入電感、二次側(cè)濾波器、直流側(cè)支撐電容），對中頻變壓器的參數(shù)給出了限制和要求。
　　 (3)采用電壓、電流雙閉環(huán)的控制策略，實(shí)現(xiàn)了該變換系統(tǒng)的控制。在此基礎(chǔ)上，采用平均電壓和平均電流法實(shí)現(xiàn)了變換系統(tǒng)的各模塊輸入端均壓、輸出側(cè)均流的控制。
　　 (4)利用狀態(tài)空間平均法建立變

4、換系統(tǒng)主電路等效空間模型，利用平衡點(diǎn)附近線性化的方法得到了變換系統(tǒng)小信號模型，設(shè)計(jì)了電壓環(huán)控制器參數(shù)。
　　 (5)根據(jù)CRH5列車交流傳動(dòng)系統(tǒng)的額定參數(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)交直變換系統(tǒng)用于模擬CRH5列車的交直環(huán)節(jié)，利用MATLAB/SIMULINK和PSIM相結(jié)合仿真法對所該變換系統(tǒng)在開環(huán)下的控制特性，載波移相后電感電流控制效果以及閉環(huán)控制下的牽引、制動(dòng)工況、網(wǎng)壓波動(dòng)、負(fù)載突變、電壓指令跟蹤以及變換模塊間的均壓與均流控制進(jìn)行了仿真分