列车电力传动与控制第4章牵引变流器电路

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牵引变流器
4.1.1两电平式四象限脉冲整流器 1.工作原理 在传统的变流技术中，几乎全部采用平波电抗器来达到
使直流量平直的目的。在由单相交流电网供电时，是以电网
提供无功功率、引起波形畸变为代价，完成了交-直流变换。 一个理想的交--直流变流器，应该在直流侧提供平直的直流
电流和直流电压，而仅从交流电网吸取有功功率。从原理上
用是储能和滤波。逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，
通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ交 流电，供给交流牵引电动机，进行能量转换驱动列车。
牵引变流器根据中间直流环节滤波元件的不同，可分为
电压型和电流型两种。电压型变流器直流中间环节的储能器 采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于恒
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都属于开关电路，电路中开关器件的周期性通断，从根本上
破坏了交流电压、电流的正弦波形和连续性，在电压、电流 中产生了高次谐波，不仅给污染了电网，而且使电动机运行
性能恶化，谐波电流产生的脉动转矩将使电动机产生振动、
噪音，影响稳定运行。减小谐波分量最为有效的方式是牵引
变流器采用PWM控制。 从负载来看可分为电压型和电流型两种。由于电压型变
成直流电，通过滤波储能元件建立稳定的中间直流电压。逆
变器把中间回路直流电压变成幅值和频率可调的三相交流电 压，供给异步牵引电动机。在起动阶段，逆变器按脉宽调制
模式进行控制，恒压频比输出。当逆变器输出达到规定值(基
频)后，转入方波控制模式。有时在逆变器和异步牵引电动机 之间串入平波电抗器，用以抑制起动过程中电动机电流的谐
主电路中变流器通常采用两电平式电路；当 采用三电平式电路结构。
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U d 时，宜 3kV
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4.1 两电平式牵引变流器
在交-直-交流传动电力机车/EMU系统，典型的两电平 式牵引变流器电路，主要由两电平式四象限脉冲整流器、中 间直流电压回路和两电平式PWM逆变器组成，由牵引变压器 的二次绕组供电，电路结构如图4—1所示。 在交-直-交流传动电力机车/EMU中，电源侧变流器采 用四象限调节整流器（4qc），它通过PWM斩波控制方法，
讲，这种装臵可以由一个无储能部分的变流器和一个分离的 储能器组成。
为了在交流供电网中既保持较高的功率因数,又获得平
牵引力或制动力，使列车运行。在列车电力传动系统中，由
于受调速范围的限制，只能采用交-直-交流传动控制技术。 交-直-交流传动控制由两部分组成，即网(电源)侧整流
器控制和电动机(负载)侧逆变器控制。
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交-直-交流传动系统变流器由网侧整流器、直流中间环 节、电动机侧逆变器及控制装臵组成。整流器的作用是把来 自接触网的单相交流电压或同步发电机产生的三相交流电压 变换为直流。直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作
压源；电流型变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当
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于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直流电流。 在交-直-交流传动系统中，牵引变流器与牵引电动机之 间互为电源，又互为负载。牵引电动机一般为异步电动机。 在牵引工况，若从负载端来看变流器可分为电压型和电流型 两种。由于电压型变流器相对于电流型变流器具有较大的优 势，所以在现代轨道列车交流传动领域大多都采用电压型逆 变器。电流型变流器只为同步电动机供电或在一些城市、市 郊轨道运输装备中使用。 交流传动内燃机车等自备能源的列车，变流器由不可控 整流器和PWM逆变器组成，动力制动一般采用电阻制动。 电力机车/EMU牵引变流器由网侧整流器和电动机侧逆变 器两部分组成，无论是网侧的整流器还是电动机侧的逆变器
列车电力传动与控制
牵引变流器
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第4章 牵引变流器
4.1 两电平式牵引变流器
4.2 三电平式牵引变流器
4.3 变流器的设计
牵引变流器
第4章 牵引变流器
牵引变流器是交流传动系统的核心部件，能够实现四象 限运行，满足列车牵引、制动需要。牵引变流器的基本功能 是，把来自接触网或其它交流电源的交流电压，最终变换为 频率、幅值可调的三相交流电压，供给交流牵引电动机，将 电能转换为机械能，输出转矩驱动动轮旋转，在轮轨间产生
可以调节从电网输入的电流相位，使所取电流波形接近正弦
波形，并能在广泛的负载范围内，使列车的功率因数接近于 或达到1，电网只提供有功电能，对减小通讯信号的谐波干
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C2
Cd
L2


A

B C



图4–1 两点式变流器电路原理图
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扰和充分利用电网的传输功率方面都具有很重要的意义。另 外，四象限变流器能很方便地实现牵引和再生制动之间的能 量转换，能取得显著的节能效果。 四象限脉冲整流器将来自牵引绕组的单相交流电压变换
波分量，改善转矩脉动状况并减少损耗。起动完成后，通过
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牵引变流器
接触器把它短接。
当列车进行再生制动时，整个系统的工作原理及方式没
有发生什么变化，主电路结构也不发生任何变化。为了使牵 引电动机能够进入发电机状态，控制系统应使异步牵引电动
机工作在负的转差频率下。
在交流传动电力机车发展的初期，为保证电气制动的可 靠性和安全性，还装有制动电阻和转换开关。如果电网不能 接受再生能量或网侧整流器发生故障，应立即在无电流状态 下接入制动电阻。
流器相对于电流型变流器具有较大的优势，所以在现代轨道
列车交流传动领域大多都采用电压型逆变器。电压型变流器 的驱动，一般采用“四象限脉冲整流器＋中间直流电路＋电 压型逆变器＋异步牵引电动机”的方式。
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牵引变流器
根据逆变器输出交流侧相电压的可能取值情况，将电压
型逆变器分为两电平式和三电平式。二电平式逆变器，可以
把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上去；三 电平式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负极电位送到
电动机上去以外，还可以把直流中间环节的中点电位送到电
动机上去，含有较少的谐波，其输出波形得到了改善，但需 要更多的器件。
8kV 在交流传动领域，当中间电路直流电压 U d 2.7kV ~ 2.时，