机车牵引四象限变流器研究

论文摘要

随着高速铁路的发展,电力牵引因其高效、节能、环保、灵活的优势成为世界牵引主流[1]。电力牵引节能的两个最关键问题是,实现高功率因数和能量回馈。这两个问题综合体现在对网侧电流的控制上,这也是四象限变流器最重要的功能之一,在网侧获得正弦性好、功率因数高的输入电流。此外四象限变流器还需稳定直流电压,实现能量双向流动。对变流器的控制离不开其数学模型,本文首先分析了四象限变流器工作的原理,然后在此基础上给出了四象限变流器在正弦稳态下的数学模型。根据这个数学模型,可以用间接电流控制来实现四象限变流器稳压控制。接着本文介绍了两重四象限变流器的控制技术,包括载波移相、单位基波功率因数控制、有功电流均流控制、无功电流均流控制等。另外,网侧电压的同步对四象限变流器控制也非常重要,为了保证可靠性,本文采用基于DFT的数字锁相技术来实现网侧同步。用于机车牵引的四象限变流器有其特殊性,比如功率大、开关频率低、电路参数变化、实际运行时存在跳弓过分相等问题。这决定对机车牵引四象限变流器的控制,不仅需要采用上述控制技术改善性能,还需要采用特殊的方法解决开关频率低、跳弓等问题所带来的影响。本文对机车牵引四象限变流器做了细致的仿真分析,包括启动波形、空载半载满载运行波形、并联运行波形、循环功率仿真波形等。机车牵引四象限变流器能够在实车上运行,必须设计好严谨的工作主流程。机车牵引四象限变流器的工作主流程包含了四象限变流器所有运行状态,状态之间相互跳转的条件以及逻辑关系。本文最后给出了机车牵引四象限变流器带主流程工作的部分实验波形,包括启动波形、空载波形、突加减负载波形、跳弓过分相波形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 机车牵引四象限变流器产生背景
• 1.2 四象限变流器的发展状况和研究热点
• 1.3 用于机车牵引四象限变流器的特点
• 1.4 本文研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 四象限变流器工作原理与数学模型
• 2.1 四象限变流器的工作原理
• 2.2 四象限变流器的数学模型
• 2.3 本章小结
• 3 四象限变流器的控制技术
• 3.1 四象限变流器的控制技术
• 3.2 电网电压锁相环
• 3.3 本章小结
• 4 四象限变流器工作主流程与实验
• 4.1 四象限变流器工作主流程简介
• 4.2 四象限变流器实验
• 4.3 本章小结
• 5 四象限变流器软硬件系统设计
• 5.1 四象限变流器硬件系统设计
• 5.2 四象限变流器软件系统设计
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结
• 6.1 本文的研究内容
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献