8K电力机车辅电源能流循环试验台变流系统研究

论文摘要

电力机车的辅电源主要为向机车主电路提供冷却，为空气制动系统提供风源的风机负载提供电能。辅电源电路的工作状况直接影响到主电路的工作状态，以及司乘人员的工作环境，是机车稳定、安全运行的关键。模拟8K机车上辅电源系统的实际工况，设计了新型的“能流循环试验台”。该试验台利用“能流循环”的原理，将系统中的电能循环利用，大大的节约了电能资源，充分响应了国家关于社会节能、生产节能的号召。试验台要求在实验室模拟机车上的工况。旧的试验台由于使用年限到期，电路严重老化，已经不能胜任辅电源系统的日常测试工作，而且控制系统仍然使用分立器件构成的控制板，整个系统技术落后，维修困难，运行效率低下。在此背景下，设计新的辅电源试验台时，对原来的辅电源系统进行了大幅度的改进，使得新的试验台既能完美的模拟机车上的实际环境和工况，又能更加有效、准确的对辅电源变流系统进行控制和驱动。本文研究了能流循环试验台变流系统的控制方案，用数字化的软件控制替代了原控制系统的硬件电路模拟量控制。控制核心采用目前比较成熟的数字信号处理器(DSP)，将整流器与逆变器的控制集中在一块DSP控制板上。对于整流器的控制方法仍然采用相控整流技术。对于逆变器控制，本文提供了两种控制方案。方案一是保持原逆变器的控制原理不变，逆变器仍然以六阶梯波的方式运行。方案二是采用更加先进，并且已经得到广泛应用的SPWM控制策略，彻底改进逆变器的工作原理。本文阐述了新试验台变流系统的主电路设计。并对原751、750板构成的驱动电路进行重新设计，新的驱动电路增加了可以自动形成死区的功能选择模块等，使得新的驱动电路更加实用、安全、可靠。对新的驱动电路进行实际测试，结果表明此设计合理有效实用。本文采用的变流系统数字化控制系统为今后的工作开辟了道路。现在，DJ1电力机车辅变系统测试试验台的研发工作正在进行中，该系统中逆变器控制将采用本文涉及的用DSP实现SPWM的VVVF调制方式。另外，本文采用的控制方案还可以应用于今后的各型号的交流机车如“和谐号”重载机车(DJ4)，以及如城铁、地铁等各类轨道交通工具的变流系统中。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 机车辅电源系统发展概况
• 1.2 8K型电力机车辅电源变流系统
• 1.2.1 辅电源整流器概述
• 1.2.2 辅电源逆变器概述
• 1.3 能流循环试验台的提出
• 1.4 本论文的主要工作及结构安排
• 2 能流循环试验台
• 2.1 传统的交流传动试验台
• 2.2 新试验台的工作原理
• 2.3 试验台电路结构
• 2.3.1 整流单元电路
• 2.3.2 逆变单元电路
• 2.3.3 负载单元电路
• 2.4 试验台的工作方式
• 2.4.1 逆变器测试
• 2.4.2 整流器测试
• 2.5 本章总结
• 3 试验台控制系统
• 3.1 控制系统构成
• 3.2 变流系统控制方案
• 3.2.1 原8K机车辅电源控制系统
• 3.2.2 基于DSP的数字控制系统
• 3.2.3 整流器单元控制
• 3.2.3.1 同步处理
• 3.2.3.2 捕获单元
• 3.2.3.3 脉冲发生
• 3.2.3.4 PI调节
• 3.2.3.5 操作单元
• 3.2.4 逆变器单元控制
• 3.2.4.1 控制方案之一
• 3.2.4.2 控制方案之二
• 3.2.4.2.1 控制策略概述
• 3.2.4.2.2 SPWM的数字实现
• 3.2.4.2.3 SPWM在DSP的实现
• 3.2.4.2.4 SPWM的VVVF控制试验结果
• 3.3 虚拟负载实现
• 3.4 本章总结
• 4 变流器驱动电路设计
• 4.1 原8K辅电源IGBT驱动电路
• 4.2 驱动电路的设计与构成
• 4.2.1 功能选择模块
• 4.2.2 驱动与保护模块
• 4.2.3 电源模块
• 4.3 本章总结
• 5 结论
• 5.1 全文总结
• 5.2 对下一步工作的思考
• 参考文献
• 作者简历
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 学位论文数据集