高速列车牵引传动系统直流电压脉动机理及影响的研究

论文摘要

“交—直—交”牵引传动系统中间直流回路属于储能环节,是输入端四象限变流器和负载端逆变器之间的连接纽带,直流回路对整个系统正常运行有至关重要的作用。本文从电路的稳态方程及功率平衡两个角度分析了四象限变流器直流电压二次脉动的产生原因,同时讨论了输入端输入功率、主电路参数对直流电压脉动的影响；基于分析结果,讨论了两种抑制直流电压脉动的方法,其一是通过减小输入功率的二次脉动抑制直流电压的二次脉动,其二是在四象限变流器直流侧并联LC二次滤波器以达到抑制直流电压脉动的目的。牵引逆变器为牵引电机提供三相变频、变压的交流电。本文详细分析了在异步调制下,直流电压的二次脉动对逆变器输出电流以及电机转矩的影响。根据分析结果,采用频率补偿的方法抑制定子频率100Hz,方波控制下直流电压脉动对逆变器、电机的影响。同时,设计了用于牵引逆变器控制的二次数字陷波器以及低通滤波器滤除直流电压信号的二次脉动。本文介绍了高速列车的四象限变流器及牵引电机的控制,并基于上述控制原理以搭建了闭环异步调制下仿真模型。仿真结果验证上述分析结果的正确性。针对频率补偿的方法搭建了开环同步调制下的仿真模型,仿真结果证明了方法的可行性。在理论研究和仿真验证的基础上,本文最后对基于Myway硬件平台的四象限变流器实验系统进行了硬、软件设计。对采用瞬态直接电流控制的四象限变流器进行了实验,实验结果验证了上述分析结论的正确性。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.2 高速列车牵引传动系统直流回路概述
• 1.3 论文工作及内容
• 2 四象限变流器原理以及直流电压脉动分析
• 2.1 四象限变流器拓扑结构及工作原理
• 2.1.1 PWM调制原理
• 2.1.2 单相桥式四象限变流器
• 2.1.3 单相三电平四象限变流器
• 2.1.4 四象限变流器工作原理
• 2.2 直流电压脉动的原因分析
• 2.2.1 基于电路稳态理论的分析
• 2.2.2 基于功率守恒的分析
• 2.2.3 两种分析结果的分析对比
• 2.3 四象限变流器的Matlab仿真
• 2.3.1 四象限变流器的控制策略
• 2A型动车组用四象限变流器仿真'>2.3.2 CRH_2A型动车组用四象限变流器仿真
• 3 直流电压脉动对牵引电机影响的分析
• 3.1 高速列车牵引特性及电机控制
• 3.1.1 高速列车牵引特性
• 3.1.2 牵引电机控制
• 3.2 电机定子电压电流及转矩的分析
• 3.2.1 定子电压分析
• 3.2.2 电流及转矩分析
• 3.3 异步调制下牵引电机的Matlab仿真
• 3.3.1 直流电压脉动对电机定子电流的影响
• 3.3.2 直流电压脉动对电机转矩的影响
• 4 直流电压脉动的抑制
• 4.1 减小直流电压二次脉动
• 4.1.1 基于吸收二次脉动功率的抑制方法
• 4.1.2 基于减小交流侧输入的脉动功率的抑制方法
• 4.2 直流电压脉动对电机调速性能影响的抑制
• 4.2.1 抑制原理
• 4.2.2 滤波器设计
• 4.2.3 开环控制下电机的仿真结果
• 5 系统实验及研究
• 5.1 实验平台设计
• 5.1.1 Myway系统硬件平台
• 5.1.2 PE-View开发环境
• 5.1.3 交流电感参数设计
• 5.2 控制系统
• 5.2.1 软件锁相环
• 5.2.2 AD采样及调理电路
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 四象限变流器实验结果及分析
• 5.3.2 电机定子电流的实验结果及分析
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 今后的研究工作
• 参考文献
• 附录
• 作者简介
• 学位论文数据集