《动车组传动与控制》纸质作业答案(第5章)

《动车组传动与控制》参考答案

一、名词解释：

1.电流型牵引变流器：交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机

侧逆变器及控制装置组成。根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器

可分为电压型和电流型两种。电流型牵引变流器直流中间环节的储能器采用

电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直流电流。

2.电压型牵引变流器：交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机

侧逆变器及控制装置组成。根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器

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，相当于电压源。

3.两电平式逆变器：逆变器将直流转换为交流。两电平式逆变器，把直流中间环节的正极电位或负

极电位接到电动机上，即逆变器的输出相电压为两种电平。

4.三电平式逆变器：逆变器将直流转换为交流。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，即输出相电压为三种电平。

二、简答题：

1.简述牵引变流器的类型及特点。

答：牵引变流器是交流传动系统的核心部件，交-直-交流传动系统中，牵引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置组成。

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，相当于电压源；

电流型变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直

流电流。

现代轨道列车交流传动领域大多都采用电压型变流器。

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。两电平式逆变器，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。

在交流传动领域，当中间电路直流电压U>2.7～2.8 KV时，主电路中变流器通常采用两电平式电路；当U>3KV时，宜采用三电平式电路结构。

2.简述电压型四象限脉冲整流器的基本工作原理。

答：图1为忽略变压器牵引绕组电阻R N的脉冲整流器简化的等效电路。变压器牵引绕组的输出电压为u N 、漏电感为L N

u

L

图1 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：

N N N ab U j L I U ω=+

式中 U N 为二次侧牵引绕组电压相量；I N 为二次侧牵引绕组电流的基波相量；U ab 为调制电压

的基波相量。

当U N 一定时，I N 的幅值和相位仅由U ab 的幅值及其与U N 的相位差来决定。改变基

波相量U ab 的幅值和相位，就可以使I N 与U N 同相位或反相位。在牵引工况下，I N 与U N

的相位差为0°，该工况下的相量图如图2（a ）所示，此时U ab 滞后U N ；而对于再生制

动工况， I N 与U N 的相位差为180°，该工况下的相量图如图2（b ）所示，此时U ab 超

前U N ，电机通过脉冲整流器向接触网反馈能量。

N

U N

I （a ）（b ）

图2 脉冲整流器简化基波相量图

由四象限脉冲整流器等效电路及相量图,有：

d ab N

N N N N N ab U U M I L kU I L U U /2)(2

22==+=ωω

式中 k —变压器短路阻抗电压的标幺值，牵引变压器一般取0.3～0.35；

M —整流器的调制度，一般取M=0.8～0.9；

U d —直流侧输出电压。

由上式计算可得到

M U k U N d /)1(22⋅+=

由此可见，U d 与U N 成正比关系，与整流器的调制度M 成反比关系。

3.简述两电平脉冲整流器PWM 控制原理。

答：两电平脉冲整流器采用SPWM 调制。理想电子开关的状态选择，通过PWM 过程中调制波与载波

间的相互关系产生，在调制波与载波交点时刻控制电路中开关元件的通断，按照A 、B 两端分别产生相应的开关状态值。A 、B 两端的调制信号相位相反，而载波信号相位相同，也可共用

一个载波信号。调制方式如图所示。

两电平PWM信号调制方式

当A端调制波u rA>u c，电子开关S A=l，否则S A=0。

当B端调制波u rB>u c，电子开关S B=1，否则S B=0。

4.简述电压型四象限脉冲整流器的特征。

答：脉冲整流器是利用电抗器的储能，达到整流、升压、稳压的目的，四象限脉冲整流器能够达到网侧功率因数接近1，并能实现电能的反馈。

四象限脉冲整流器能够执行脉宽调制和能量变换，即整流或反馈两方面的功能。这种整流器能够在输入电压和电流平面所在的四个象限中工作。作为电力牵引用的变流器，相应能够实现牵引、制动状态下前进、后退四种工况。

四象限脉冲整流器的突出优点是网侧功率因数高，可达到1，等效谐波干扰电流小。

5.简述牵引变流器中间直流储能环节的作用和组成。

答：在交—直—交流变流器中，中间直流储能环节是连接四象限脉冲整流器和负载端逆变器之间的纽带。它不仅起到稳定中间环节直流电压的作用，而且还承担着与前后两级变流器进行无功功率交换和谐波功率交换的作用。

电压型脉冲四象限变流器中间直流环节由两个部分组成：一个是相应于2倍电网频率的串联谐振电路（也可以取消），另一个是滤波电容器（支撑电容器）和过电压限制电路。

6.简述动车组牵引控制系统的主要控制目标。

答：动车组牵引控制系统的主要控制目标是：

(1)网侧功率因数接近于1，电流畸变小；

(2)在网压波动时中间直流电压保持恒定；

(3)在负载或供电电压波动时具有快速响应的动态性能，保持良好的稳态运行能力；

(4)启动平稳，谐波转矩小，启动力矩恒定；

(5)在宽广的速度范围内实现恒功率控制。

目前动车组牵引控制常采用的控制策略有脉冲整流器瞬态直接电流控制；牵引逆变器—异步电机驱动系统磁场定向矢量控制和直接转矩控制。

7.简述CRH1型动车组牵引传动系统主电路的组成、各组成部分所包括的主要设备。

答：CRH1型动车组牵引传动系统主电路主要由高压系统和牵引系统电路构成，此外CRH1型主电路还包括辅助供电系统。