动车组电传动与控制原理

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1 2
(ton
tD )
1
BC
• （二） 两电平脉冲整流器
1两电平脉冲整流器的工作原理
负载
负载
T1
D1 T3
i2 i1 D3
LN RN
L2
a
uN
iN uab
b
Cd Ud
T2
T4
C2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱD2
D4
i1
uN
LN
1
a SA
iN
uab
0 b
i2 L2 1 SB
Ud Cd
0 C2
1 S A 0
T1导通 T2导通
二、脉冲整流器工作原理
• 脉冲整流器是列车牵引传动系统电源侧变
流器。在牵引时作为整流器，将单相交流 电转变成直流电；再生制动时作为逆变器， 将直流电转变成单相交流电，它可方便地 运行于电压电流平面的四个象限，因此亦 称为四象限脉冲整流器。
（一） 脉冲变流器基本工作原理
uN
uN
RN
LN
a
iN
uab
jLN IN
jLN IN
UN
IN
Uab
Uab UN IN
U U
ab
2 ab
Ud
U
2 N
M / 2
(LN I N
)2
LN I N KU N
Ud U N 2 (1 K 2 ) / M
调制波
A de
Mαmax
载波
BC
门极信号
M min 2U ab min U d 2U N /U d
• M 的最大值主要取决于元件的开关频率及 调制比
D3
D5
a
Ud
b
M
c
3~
T4
T6
T2
D4
D6
D2
• 共 有 T1T2T3 ， T2T3T4 ， T3T4T5 ， T4T5T6 ， T5T6T1，T6T1T2，T1T3T5和T2T4T6导通8种工 作状态，从而获得三相对称输出电压波形。
• 牵引逆变器采用PWM控制方式，包括正弦 PWM、特定谐波消除PWM、滞环电流控制 PWM和空间矢量PWM。
• GTO的缺点有两个：一是关断增益较小，门极反向关
断电流较小；二是为限制及关断损耗需设置专门的缓 冲电路，这部分电路消耗一定能量，而且需要快速恢 复二极管、无感电阻、无感电容等器件。
• （2）绝缘门栅极晶体管（简称IGBT）
• IGBT是一种增强型场控（电压）复合器件，集大功率晶体
管GTR通态压降小、载流密度大、耐压高和功率MOSFET 驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优 点于一身。IGBT通过施加正向门极电压形成沟道、提供晶 体管基极电流使IGBT因流过反向门极电流而关断，其门极 控制电路大为简化。大功率IGBT的研制成功为提高电力电 子装置的性能，特别是为牵引变流器的小型化、高效化、
• 空间矢量PWM是通过对电压矢量进行适当 的切换控制，就可以用尽可能多的多边形 磁通轨迹来接近理想的磁通圆形轨迹。轨 迹越接近于圆，引起的电流、转矩波动越 小，谐波损耗也会下降，电机运行性能也 越好。
• 当逆变器向电动机供电时，可以利用空间 矢量概念，建立逆变器开关模式及其输出 电压与电动机磁链之间的关系。然后根据 要跟踪的磁链空间矢量的运动轨迹，选择 逆变器的开关模式，使逆变器输出适当波 形的电压，这就是空间矢量PWM的基本原 理。
三电平脉冲整流器
• 三电平脉冲整流器工作原理
1 Ta1和Ta2导通 S A 0 Ta2和Ta3导通
1 Ta3和Ta4导通
1 Tb1和Tb2导通 SB 0 Tb2和Tb3导通
1 Tb3和Tb4导通
Ta1
Ta2 LN RN
a uN iN uab
Ta3
Ta4
负载
负载
p
Tb1
i1
C1
u1
Tb2
b Tb3
1 SB 0
T3导通 T4导通
uab (SA SB )Ud
• 工作模式1：=00或11
uN
LN
diN dt
• 工作模式2：=01
LN
diN dt
uN
Ud
LN
iN uN
RL
ih Cd io
• 工作模式3：=10
LN
uN
iN
ih Cd io
RL
LN
diN dt
uN Ud
2．两电平脉冲整流器的PWM控制原理
Tb4
o Ud
io
C2 u2
i2 n
p i1
1 SA
LN
a
iN
uN
uab
-1 0
1 SB b
0 -1
C1 u1
o Ud
io C2 u2
i2 n
• 工作模式1( SA =1， SB =1)共9种
三电平脉冲整流器PWM控制原理
牵引逆变器工作原理
• 两电平牵引逆变器主电路构成及工作模式
T1
T3
T5
D1
i2 i1 L2 C2 Cd Ud
负载
b
图7-6 脉冲整流器模型电路
LN
iN uab
脉冲整流器 的简化等效 电路
• 脉冲整流器的电压矢量平衡方程为：
UN jLN IN Uab
• 当二次侧牵引绕组电压一定时，UN 的幅值和 相位仅由Uab 的幅值及其与UN 的相位差来决 定。改变基波的幅值和相位，就可以使 IN 与 UN 同相位或反相位。
• 在复平面建立电压空间矢量：
Us
2 3 (usa
ausb
a2usc )
• 定子磁链空间矢量：
s
2 3
(
sa
a
sb
a2
sc )
• 转子磁链空间矢量：
r
2 3
(
ra
a rb
a2 rc )
• 异步电动机定子电压空间矢量方程式为
•
v
v Us
v Rs Is
ds dt
v
v Us
ds dt
vv
s U sdt
低噪化提供了有利条件。目前常用于机车牵引变流器的 IGBT器件容量为3300V/1200A、6500V/600A等多个等级。
• 智能型功率模块IPM是以IGBT技术为基础的
电力电子开关，由高速低功耗的管芯和优
化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。 与IGBT器件相比，IPM还具有以下特点： （1）快速的过流保护；（2）过热保护； （3）桥臂对管互锁保护；（4）器件布局 合理，无外部驱动线，抗干扰能力强，工 作可靠性高；（5）驱动电源欠压保护。
第七章 动车组牵引与控制原理
第一节 动车组牵引变流器原理及控制
动车组牵引变流器原理及控制
一 牵引变流器用电力电子器件
• （1）可关断晶闸管（简称GTO） • GTO是高电压、大电流双极型全控型器件。与SCR相
比，GTO的工作频率较高且具有自关断能力，省去了 强迫换流电路，所以整体体积减小、重量减轻、效率 提高、可靠性增加。在大容量变流设备中GTO发挥了 其高电压大电流的优势，在机车牵引传动、交流电机 调速、不停电电源和直流斩波调速等领域被广泛应用。
v s
sme jst
v Us
d dt
( sme
jst
)
jssme jst
e j(st / 2) s sm
• 磁链矢量顶端的运动轨迹形成圆形的空间