DC1500V供电的地铁辅助电源系统的研究

论文摘要

在以电力驱动的城市地铁和轻轨机车中,辅助电源系统是其重要的组成部分,担负着除牵引系统主电路以外的各种设备的供电任务。本文以实际项目为依托,以直——交间接逆变拓扑结构为基础,提出了总功率为160kW辅助电源的一整套完整设计方案,并对系统的构成进行了详细的理论研究和实验验证。本文分析了常用的辅助电源的拓扑设计方案,并在分析的基础上选择直——交间接式拓扑方案,从功能和实际结构两方面详细介绍了整个方案的构成,并对全桥变换器的数学模型进行了详细分析。针对逆变器母线电压、充电机输出电压和电流、逆变器输出交流电压分别提出了独立的闭环控制方案,对于全桥变换器的移相控制方法设计了基于TMS320LF2407的单DSP移相PWM波形生成方法,同时也介绍了三相逆变器的空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。为保证辅助电源可靠稳定的工作,方案设计了完善的故障检测及保护系统,本文分别介绍了全桥变换器、逆变器、充电机等各自的过压、过流保护,以及构成功率电路的IGBT开关管的保护系统。方案遵从模块化的设计思路将辅助电源分割成全桥变换器、三相逆变器、充电机三大部分,分别介绍了信号采集处理、控制信号输出处理、IGBT驱动电路等电路的设计,并给出了主功率电路的元件参数的设计以及变压器和滤波器的设计方法。对辅助电源的通讯系统,以及广泛使用于机车上的多功能车辆总线(MVB)也做了详细的介绍。本文最后给出了在一台160kW工程样机上进行的相关实验的实验波形以及实验数据,证实了本文提出的设计方案能够满足辅助电源的设计要求,并且具有良好的静态和动态性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪言
• 1.1 电力电子技术发展概况
• 1.2 DC-DC 变换器的研究现状
• 1.3 地铁辅助电源的研究现状
• 1.4 课题来源及主要的研究工作
• 2 地铁辅助电源DC-DC 变换器设计
• 2.1 地铁辅助电源整体结构
• 2.2 DC-DC 变换器结构与元件参数计算
• 2.3 高频变压器与充电机滤波器设计
• 2.4 DC-DC 变换器小信号模型与频域分析
• 2.5 DC-DC 变换器控制系统与控制算法设计
• 2.6 DC-DC 变换器保护系统设计
• 2.7 本章小结
• 3 地铁辅助电源DC-AC 逆变器设计
• 3.1 DC-AC 逆变器结构与元件参数计算
• 3.2 DC-AC 逆变器母线滤波器设计
• 3.3 DC-AC 逆变器控制系统与控制算法设计
• 3.4 SVPWM 算法
• 3.5 DC-AC 逆变器保护系统设计
• 3.6 本章小结
• 4 地铁辅助电源通信系统设计
• 4.1 地铁辅助电源通信系统整体结构
• 4.2 基于CAN 总线的辅助电源通信系统
• 4.3 MVB 总线
• 4.4 本章小结
• 5 160kW 样机实验结果
• 5.1 160kW 工程样机结构说明
• 5.2 实验结果与分析
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文