电压型四象限脉冲整流器
动车传动与牵引变压器
1、动车组的传动方式主要包括—直传动方式和交—直—交、交—交的传动方式。
2、从发展趋势看，未来干线铁路牵引将主要采用电压型交—直—交变流器供电的异步电机系统。
3、高压电器设备完成从接触网到牵引变压器的接通与断开。
主要包括：受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等。
4、决定基本阻力的主要因素是运行速度的大小。
机械阻力与运行速度成正比增加，而空气阻力与速度的平方成正比。
5、列车牵引功率主要与列车运行最高速度、列车质量、最高速度时的列车运行阻力和剩余加速度、齿轮传动效率、牵引电机效率有关。
二、选择题1、列车运行速度达到200hm/h空气阻力约占80%,速度达到300hm/h时空气阻力占（ C ）以上.A、50%B、80%C、95%D、100%2、空载运行时，变压器一次绕组与二次绕组的电压比就等于一次、二次绕组的（B ）。
A、电流比B、匝数比C、匝数比的倒数D、线径比3、一般的变压器采用硅钢或其他高磁导率的合金材料。
在频率较高的时候，为了减少（A ），也经常采用铁氧体作铁芯。
A、涡流损耗B、磁滞损耗C、介质损耗D、电压损耗4、变压器的一次绕组接到交流电源，二次绕组接上（ D ）时，二次绕组中便有电流流过，这种情况称为变压器的负载运行。
A、负载电阻B、电感C、电容D、负载阻抗ZL5、CRH1型动车组安装有（C ）主变压器，采用心式结构、车体下吊挂、强迫油循环风冷方式。
A、1台B、2台C、3台D、4台三、判断题1、牵引逆变器是牵引传动系统的电源侧变流器，列车牵引时作为整流器，再生制动时作为逆变器，可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换。
（×）2、脉冲整流器是牵引传动系统的电动机驱动侧变流器，列车牵引时作为逆变器，再生制动时作为整流器，可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换。
（×）3、机电系统，一般由电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、控制设备和电源5部分组成。
（√）4、对于一个电力拖动系统，稳定运行的充分必要条件是：（√）5、对于列车牵引系统而言比较典型的有2种匹配方案。
四象限脉冲整流器IGBT开路故障检测
四象限脉冲整流器IGBT开路故障检测韩红彬;丁丽娜【摘要】四象限脉冲整流器广泛应用于电力牵引传动系统.IGBT是脉冲整流器的核心器件,易发生故障,对其开路故障检测进行了研究.首先分析了脉冲整流器IGBT 开路故障下的特征.然后用网侧电流平均值除以电流绝对值的平均值,设为检测变量,对各功率等级、各故障下的检测变量进行分析,总结出设置阈值的方法;最后通过硬件在环仿真验证了检测方法的有效性.%Four-quadrant pulse converters were widely applied in electric traction drive systems.IGBT was the core device of the four-quadrant pulse converter,which was prone to fail.IGBT open-circuit fault detection for fourquadrant pulse converters wasstudied.Firstly,the characteristics of the open-circuit faults were analyzed.Then the average value of the grid current was divided by the average value of the current's absolute value as the detection variable.The detection variable under different power level and each fault was analyzed and the threshold was decided by the detection variable with rated power.Finally,the effectiveness of the detection method was verified by hardwarein-the-loop simulation.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)008【总页数】4页(P95-98)【关键词】故障检测;IGBT;开路故障;四象限脉冲整流器【作者】韩红彬;丁丽娜【作者单位】中车大连电力牵引研发中心有限公司,辽宁大连116052;大连海洋大学信息工程学院,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TM921.45四象限脉冲整流器能输出稳定的直流电压，且网侧电流正弦度较高，能实现近似单位功率因数，因此被广泛应用于电力牵引传动系统[1-4]。
四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真
四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真No.O1.2011北京电力高等专科学校BeijingElectricPowerCollege电子,通信与自动控制固四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真朱闻名贺升学(西南交通大学电气工程学院,四川成都610031)摘要:本文主要简述两重四象限整流技术的特点,主电路拓扑结构及数学模型.通过采用瞬态电流控制方法来减少整流器网侧谐波量提高交流侧电压电流的功率因数,输出稳定的直流电压,并通过仿真进行验证关键词:两重四象限整流器;瞬态电流控制;仿真中图分类号:TM92'文献标识码:A一,两重四象限整流器的工作原理与数学模型两重四象限整流技术就是将两个两电平四象限整流器并联起来共同给直流负载供电的技术.两重四象限整流技术是2个4QC并联为直流负载供电,中间电容部分存储能量,输出平滑的直流电压,当其中一个整流器出现故障时,另一个仍可以继续工作,这大大提高了系统直流供电质量与可靠性.'(一)四象限整流器的结构与原理图1为四象限整流器电路图….其中LN与RN为折合到二次侧的牵引变压器的漏感和电阻,L与C为二次滤波回路,cd为支撑电容.通过对开关进行导通与关断对直流侧电压进行调制,这样在变流器的输入端生成一个与电网电压同步的脉宽调制波,由四象限整流器等效图,可以得出等效的平衡式:N:jmLNINRNINUs当一定,的幅值和相位由的幅值及其与的相位差来决定,脉冲整流器可以工作在牵引与再生制动两种工况.由公式看出:只要控制了的幅值和相位,就控制了的幅值和相位.二,整流器的控制方法对于四象限电压型整流器,控制方法有间接电流控制和直接电流控制.间接电流控制没有电流反馈回路,结构虽然简单,但是不能很好的使电流跟踪电压,效果不是很理想.直接电流控制应用比较多,尤其瞬态电流控制方法目前广泛应用在动车组变流器,效果优势明显,控制结构相对简单.(一)瞬态电流控制的原理瞬态电流控制公式如下:,M=(乙一Ua)+I/T一I:iJd}UNIN=1+I(,)=o'._(,v风sinta+oosca)sinca-6Xt)其中K1和T为调节器参数;K为比例放大系数;Ia,u一分别为中间直流环节电流和中间直流环节电压;u(t),U为二次侧电压瞬时值和有效值;U为中间直流环节电压的给定值.(二)瞬态电流控制框图图2为瞬态电流的控制框图,通过比较运算后最终输出参考电压,并与三角载波比较生成P_lI『M信号驱动开关.8图2为瞬态电流控制框图三,仿真分析(一)仿真模型根据整流结构搭建MATLAB/SIMULINK仿真模型,模型包括变压器二术.文章编号:1009-0118(2011)一O1—0008一O1次侧漏感和电阻,单相两点平整流模块,滤波电路,支撑电容,阻性负载及瞬态电流控制模块.(三)仿真结果分析通过使用瞬态电流控制策略对两重四象限整流器进行仿真,主要对交流侧功率因数,整流器输入电压及直流侧电压和电流等进行仿真分析.直流电压给定值为3000V,交流输入电流为2500V,采用离散方式,两个整流器的控制模块中,采用三角载波,将两载波的相位差调整为90度.l,交流侧电压与电流交济洌电流具有稳定值,且能稳定迅速地跟随电压,保持着高的功率因数. 2,整流器输入端电压输入端电压在短时间内呈现为一系列的正弦脉冲波,且幅值基本稳定,基本符合整流器电压输入要求.3,直流侧电压与电流西3为直流负载电流～一～,图4为直流侧负载电压从图3,图4看出,直流侧电压与电流能迅速稳定,直流侧直流电压给定值为3000V,从图4看出,直流电压值保持在3000V左右,为逆变器与电机提供了稳定的电源.四,结束语本文主要讲述了动车组两重四象限整流器的结构,原理,并通过使用瞬态电流控制法对整流器进行了仿真控制.从仿真结果看对整流器的控制效果比较满意,功率因数接近1,直流侧电压稳定在额定值,是两重四象限整流器一种理想的控制方法.目前,两重四象限整流技术已经用于高速列车变流器中,但是本文将逆变与电机部分理想等效为了电阻负载,与实际的控制效果还有一定的差距,还需要更接近实际的仿真研究.参考文献:f1]李伟,张黎.交一直一交传动系统网侧变流器预测电流控制方法的计算机仿真及实现中国铁道科学,2002,23,(6).f2]邹仁.四象限变流器瞬态电流控制的仿真研究Ⅱ].机车电传动,2003,(6).[31章志兵,张志学.单相三电平整流器控制方法及中点平衡的研究Ⅱ】.机车电传,2008,(4).[4]宋文胜,刘志敏,冯晓云.四象限变流器控制策略研究与仿真Ⅱ】.电力机车与城轨车辆,2007,30,(2].作者简介:朱闻名(1984一),男,汉族,湖南常德人,西南交通大学电气工程学院硕士,电力电子与电力传动专业,研究方向:电力电子变流技..。
CRH动车组牵引传动控制及计算第四章 四象限脉冲整流器的工作原理与控制设计
四象限脉冲整流器的双闭环控制器设计 正弦脉宽调制技术 (SPWM) 三电平脉冲整流器中性点电压平衡方案
2
脉冲整流器概述 脉冲整流器 概述
Electric Railway Traction AC Drive Systems Electric Railway Traction AC Drive Systems
三电平脉冲整流器的工作模式
工作模式4 (Sa=0，Sb=1)：
工作模式 3 (Sa=1，Sb=-1)：
u1
u1
Load
Load
Load
u2
is
o
Udc
u2
开关管Ta1,Ta2,Tb3和Tb4导通，Ta3,Ta4,Tb1和Tb2关断。网侧端电压 uao=u1，ubo=-u2，uab=u1+u2。 整流器工作在升压状态，所以直流侧电压比电源电压的幅值大。此 时，加在电感两边的电压为负，因此电流以(us-Udc)/Ls的斜率减小 。正向网侧电流is对电容C1和C2充电。
is
开关管 T2 和 T3 导通，T1 和 T4 关断, 并且 uab=-Udc. 在 这种状态下，电流is增大，反向电流给直流侧电容Cd充 电.
9
开关管 T2 和 T4 导通, T1 和 T3 关断, 并且 uab=0. 电源电 压加在电感两边，使其电流升高。 直流侧电容Cd通过负 载电流放电.
10
三电平整流器的工作原理分析
Electric Railway Traction AC Drive Systems
三电平整流器的工作原理分析
uao =
u1
Sa ( Sa + 1) S ( S − 1) u1 − a a u2 2 2
Байду номын сангаас
四象限整流器
-t
vd -Vd0 =（IdR L -Vd0）（1-e 1）1 R LC
C tr * 0.964R L
.
33
四象限整流器工作原理
➢满足直流电压抗扰性指标时电容设计
A Id
0
Ti
t
Wci
(s)
1
1 Ti
s
{RLC
dvdc1 dt
vdc1
0
RLC
dvdc dt
2
vdc
2
RL kt
1 C 2V*m RL
.
26
四象限整流器工作原理
➢单极性PWM电流过零处
i
0 t T1
uN
vab
0 vab
L
i1 T1
△i1 0
T1 t Ts
L i2 0 T2
vab
要满足快速电流跟踪要求则必须有 0
-vdc
|i1
| -|i2 Ts
|
Im sin Ts
Ts
Im
L vdcT1
ImTs
.
i
i*
△i2
T1
T2
A
U
C
O1
0
90。-
|V |2 | U |2 | VL |2 2 | U || VL | cos Vm Mvdc
L Um sin +
U
2 m
sin 2
+M2vdc2
U
m
Im
V F
B
I
若采用三角载波SPWM控制，忽略桥路损耗
qP1212UUmmIImmscions
M 1
L Um2 sin cos +Um cos Um2 sin2 +vdc2 Um2 2|p|
电力电子技术-脉冲整流电路
T1
I N LN
D1
A
uN
us
T2
T3
D3
L2
B
T4
C2
D2
D4
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
+
Cd u d
-
• 单相电压型脉冲变流器主电路结构（GTO）
一、主要方程式及相量图
1、相量方程
假定电网电压是纯正弦电压，对于基波分 量，在忽略线路电阻的条件下
•
•
•
U U I N
s1 jNLN N1
负 载
图7.27 用IGBT实现的三相电流型PWM整流器
章内容
7.1 脉冲变流器的原理及分类 7.2 电压型脉冲变流器 7.3 电流型脉冲变流器
7.4 电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较
7.5 脉冲变流器的应用
7 . 4电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较
• 相同之处：
➢ 两者的交流侧输出特性基本相同； ➢ 都能 实现四象限运行； ➢ 与晶闸管相控整流电路相比都能 提高功率因数； ➢ 都能减少谐波，减少对电网的污染 。
7 . 4电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较（续）
• 不同之处：
电压型
电流型
(1) Id方向可变，Ud方向不 可变；
(1) Id方向不可变，Ud方向 可变；
7 . 5 脉冲变流器的应用（续）
• 在电力机车上 的应用
L N T1
u
us
T2
D1 T3 A
D3 L2
B
D2
T4 D4 C2
Id
+
Cd Ud
-
图7.29 GTO实现的电压型脉冲整流器主电路
电压型四象限脉冲整流器
(4)支撑中间回路电压，使其保持稳定。 如果这个电容器太小，变流器的控制将变得相 当困难。因为控制稍有一点误差，中间回路的 电压就会出现很大的波动。
选择合适的支撑电容器Cd的准则
(1)中间回路直流电压保持稳定，峰一峰波动值 不超过规定的允许值。 (2)中间回路直流电流是连续的，没有间断，其 峰一峰波动值不超过规定的许可值。 (3)中间回路的损耗应保持最小。 (4)所选择的电容器的参数不会影响整个系统的 稳定性。 (5)应当成功地抑制逆变器和电机中发生的暂态 过程，保持系统稳定。
2.3.3四象限脉冲整流器的波形
交流测的电压波形
直流测的电流波形
2.3.4电压型四象限脉冲整流器主电路
2.3.5能量变换关系
电压型脉冲整流器相量图 a)牵引b)再生制动
脉冲整流器交流电源侧等效电路
3．2支撑电容器Cd的作用
(1)与脉冲整流器、逆变器交换无功功率和谐 波功率。它们是在脉宽调制过程中产生的。 (2)与异步电动机交换无功功率。 (3)由于串联谐振回路中实际存在的电阻，二 次谐波电流并非全部通过串联谐振电路，而是 由串联谐振电路R2一L2一C2和支撑电容器Cd分 流。流过支撑电容器Cd的二次谐波分量为
2.3电压型四象限脉冲整流器
一个理想的交一直变流器，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。 从原理上讲，这种装置可以由一个无储能 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保持很好的功率因数 的同时获得平整的直流量，变流器的变比 必须能够通过调制技术随时加以改变，
2．3．1电压型脉冲整流器基本 原理
电压型四象 限脉冲整流 器的基本原 理如图示， 储能器与直 流侧负载并 联
脉冲整流器的原理及分类
第五章 • 基本能量关系（网压 uN (t) 为正半波时）
5-9
第五章 • 基本能量关系（网压 uN (t) 为正半波时）（续）
5-10
第五章 – 不同工况时 uS、uN 和 iN 波形分析
• (a) 牵引
5-11
• (b) 理想空载 • (c) 再生
第五章
5-12
• 半导体器件中的电流波形
第五章
第五章 脉冲整流电路
5-1
第五章
5.5 脉冲整流器的原理及分类
• 概述 – 四象限变流器 – 减少电网污染 – 节约能源
5-2
• 基本原理 理想情况下：
第五章
5-3
• 分类 – 电压型脉冲整流器
• 输出电压恒定 ud (t) = Ud ，且Ud
• 输出电流
第五章
UN
• 基本结构
5-4
– 电流型脉冲整流器
第五章
5-19
– 对应原理图的波形图
第五章
• 电流型和电压型脉冲整流器的性能特点比较
5-20
• 脉冲变流器的应用 – 电流型交直交传动系统
第五章
5-21
第五章
(a) 牵引工况
(b) 再生工况
5-13
• 主要方程式及相量图 – 简化主电路 – 对于基波分量
– 基波相量图 (a) 整流 (b) 逆变 (c) 考虑
电网电阻
第五章
5-14
• 应用 – E120型单相大功率交流电力机车
第五章
5-15
5.7 电流型脉冲整流器
• 主电路结构及其工作原理
第五章
• 输出电流恒定 id (t) = Id ，且 Id
• 输出电压
四象限脉冲整流器分析
3. 通过控制两电平、三电平脉冲整流器中开关 元件IGBT的导通和关断，在不同工作模式的 转换，实现整流和逆变的功能，进而实现直 流侧电压的稳定、能量的双向流动。
谢谢观看！
1.四象限脉冲整流器的特点
传统的相控整流器，交流电网侧 的功率因数比较低，谐波较大，直流 侧的电压脉动较大，制约了其功率发 挥及应用。
随着技术的发展，脉冲整流器应 运而生。它可以从电网获取与网压同 相位的近似正弦波的交流电流，提高 了功率因数，使电网的污染减到最小 限度。
1.四象限脉冲整流器的特点
3. 三电平脉冲整流器电路
工作模式2 (Sa=1，Sb=0)：
p
Ta1
Tb1
ip
Ta2
D1
Tb2
D2 C1 u1
Ls Rs
us is
a uab
Ta3
b Tb3
o Udc
io
C2
Ta4
D3 Tb4
D4
u 2
in n
p ip
1 Sa
Ls
Rs
a
C1
u1
is
us
uab
-1 0
o
1 Sb
Udc
b 0 io
-1 C2
1, Ti3and Ti4 on,Ti1 and Ti2 off
i=a,b
3. 三电平脉冲整流器电路
工作模式1 (Sa=1，Sb=1)：
Ta1
Ta2
Ls Rs
us is
a uab
Ta3
Ta4
Tb1 Tb2
b Tb3 Tb4
p
C1
动车组传动与控制复习题及参考答案
动车组传动与控制复习题及参考答案中南⼤学⽹络教育课程复习题及参考答案动车组传动与控制⼀、名词解释：1.异步电动机的机械特性2.ATP3.电流型牵引变流器4.两电平式逆变器5.PI调节器6.准圆形磁链轨迹控制⼆、简答题：1.简述动车组的⼏种传动⽅式。
2.简述交流传动系统的优点。
3.CRH2型动车组牵引变压器低压侧共有哪些绕组？分别向哪些设备供电？4.动车组牵引变流器与牵引电机之间的参数匹配有哪⼏种⽅案？5.简述异步电动机的⼯作原理。
6.简要分析⽐较动⼒分散⽅式和动⼒集中⽅式动车组的特点。
7.简述异步电动机变压变频调速控制发展的三个阶段。
8.简述异步电动机⽮量控制的基本思想。
9.简述异步电动机直接转矩控制的基本思想。
10.直接转矩控制（DTC）与⽮量控制（VC）在控制⽅法上有何异同？11.异步电动机转差频率控制的规律是什么？12.简述四象限脉冲整流器的基本⼯作原理。
13.简述牵引变流器的类型及特点。
14.简述电压型四象限脉冲整流器的特征。
15.简述两电平脉冲整流器PWM控制原理。
16.简述牵引变流器中间直流储能环节的作⽤和组成。
17.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。
18.简要分析CRH1型动车组辅助供电系统。
19.简要分析CRH2型动车组辅助供电系统。
20.简述CRH2型动车组牵引传动系统的组成。
21.简述列车牵引⽹络控制系统的基本构成。
三、综合分析题：1.试分析CRH2型动车组牵引传动系统的特点。
2.试分析⾼速动车组牵引传动系统所采⽤的新技术。
3.试分析下图所⽰异步电动机转差频率控制系统的控制过程。
参考答案⼀、名词解释：1.异步电动机的机械特性：异步电动机的机械特性是指其转差率与电磁转矩之间的关系T em=f(s)。
2.ATP：列车⾃动保护系统（Automatic Train Protection，简称：ATP），亦称列车超速防护系统，其功能为列车超过规定速度时即⾃动制动，当车载设备接收地⾯限速信息，经信息处理后与实际速度⽐较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。
和谐D3B交流电力传动机车
和谐D3B交流电⼒传动机车摘要随着电⼒电⼦技术、异步电动机的控制技术、微机和⽹络技术的发展，三相交流传动技术有了质的飞跃，交流传动系统的研究和开发已引起世界各国的⾼度重视。
交流传动系统⽆论在性能指标，装置体积，设备维护还是节能乃⾄环保⽅⾯均体现出了巨⼤优势。
使⽤交流传动技术的机车性能得到了很⼤的提⾼，交流传动已成为机车、动车发展的主流。
HXD3B型电⼒机车的主传动系统和辅助传动系统均采⽤了交流传动技术和微机⽹络控制技术，整个电⽓系统的设计坚持起点⾼、技术领先的原则，并充分考虑⼤功率货运电⼒机车的实际需要，采⽤先进、成熟、可靠的技术，按照标准化、系列化、模块化、信息化的总体要求，进⾏全⽅位设计的。
本⽂⾸先对HXD3B型交流传动电⼒机车的特点和参数做了简要的阐述，然后然后对整车的电⽓系统电路部分按照主电路、辅助电路、控制电路分类做了系统的分析，尤其是对构成主电路的器件如牵引变压器、四象限脉冲整流器、牵引逆变器和牵引电机做了详细分析。
并对其中的关键电⽓部件四象限整流器的原理、结构，控制，电机逆变器的组成和原理以及异步电动机的原理、特性、调速⽅法做了说明。
本⽂的重点是结合HXD3B 电⼒机车，对交流传动技术以及微机⽹络控制技术在机车上的应⽤进⾏了分析研究，对HXD3B电⼒机车的交流主传动系统、交流辅助传动系统的构成、特点、功能以及微机⽹络控制系统的特点进⾏了研究和归纳总结。
关键词：电⼒机车交流传动系统电⽓线路ABSTRACTAs the development of power electronics, induction motor control technology, computer and network technology, three-phase AC drive technology has been a qualitative leap, the research and exploitation of AC drive system has attracted great attention all over the world. The AC drive system in terms of performance index, size devices, equipment maintain or energy-saving and environmental protection are reflected in a huge advantage. The performance of locomotive using AC drive technology has been greatly improved, AC drive has become mainstream of development of locomotive and EMU. The main drive system and auxiliary drive system of HXD3B electric locomotive are both using the AC drive technology and computer network control technology, the design of whole electrical system adhere to the principle of high starting point and leading technology, taking into account the actual needs of high-power freight electric locomotive, using advanced, mature and reliable technology, according to standardized, serialized, modular information based general requirements for the design of the all-round.Firstly, this article has done a brief introduction about characteristics and parameters of HXD3B electric locomotive. Then the vehicle's electrical system circuit is divided into main circuit, auxiliary circuit, control circuit and give them the overall analysis. The theory, framework control of four-quadrant rectifier, principles and constitute of motor inverter and principle、characteristics、speed method of asynchronous motor are illustrated. The emphasis of this article is combined with HXD3B electric locomotive for analyzed and researched the applied of the AC drive technology and computer network control technology in the locomotives. It is also made a classification study and summarized for structure, features, functions of HXD3B electric locomotive AC main drive system and AC auxiliary transmission system.Key words:Electric locomotive AC drive technology electric circuit⽬录第⼀章绪论 (1)1.1HXD3B交流传动电⼒机车的发展背景 (1)1.2HXD3B交流传动电⼒机车的电⽓系统 (1)1.2.1HXD3B的主电路 (2)1.2.2HXD3B的辅助电路 (2)1.2.3HXD3B的控制电路 (3)1.3本⽂要做的研究⼯作 (3)第⼆章HXD3B电⼒机车牵引变压器的研究 (5)2.1HXD3B变压器的概述 (5)2.2HXD3B变压器的铁⼼参数 (6)2.3HXD3B变压器的线圈 (6)2.4HXD3B变压器的引线 (8)2.5HXD3B变压器的的冷却系统 (8)2.6HXD3B变压器变压原理 (9)第三章HXD3B的牵引变流器研究 (10)3.1机车牵引变流器的功能 (10)3.2HXD3B的牵引变流器的主要技术参数 (10)3.3机车牵引变流器的组成及作⽤ (10)3.4HXD3B牵引变流器的组成 (10)3.5HXD3B电⼒传动机车⽹侧变流器（4QS）的研究 (11)3.5.1HXD3B⽹侧变流器选择四象限脉冲整流器的原因 (11)3.5.2四象限脉冲整流器的结构及原理 (11)3.5.3四象限脉冲整流器控制系统 (15)3.6HXD3B的直流中间环节 (16)3.6.1HXD3B的直流中间环节的组成结构 (16)3.6.2⼆次滤波电路 (17)3.6.3HXD3B的直流中间环节的作⽤ (17)3.7HXD3B电⼒传动机车电机变流器（逆变器）的研究 (18)3.7.1牵引逆变器的概述 (18)3.7.2HXD3B逆变器的组成及原理 (18)3.7.3HXD3B逆变器的操作 (20)3.8HXD3B的牵引变流器的控制 (23)第四章HXD3B电⼒传动机车电机牵引电机的研究 (25)4.1牵引电机概述 (25)4.2异步牵引电动机的基本原理 (25)4.3异步电动机的特性 (28)4.3.1电磁转矩特性 (28)4.3.2异步电动机的机械特性 (31)4.4三相异步电动机的三种调速⽅式介绍 (32)4.5HXD3B电⼒传动机车电机的参数及特点 (33)4.5.1HXD3B牵引电机概述 (33)4.5.2牵引电机的⼯作特点 (34)4.5.3牵引电机的技术参数 (34)第五章HXD3B的辅助电路的研究 (36)5.1HXD3B的辅助电路的组成 (36)5.2三相辅助电动机供电电路 (36)5.3辅助变流器 (37)5.4辅助电机供电电路 (37)5.5辅助电动机供电电路的特点 (38)5.6库⽤电源回路 (39)5.6.1机车库⽤电源要求 (39)第六章微机⽹络控制系统 (41)6.1机车微机⽹络控制系统特点 (41)6.2微机⽹络控制系统功能 (41)6.3机车定速控制模式 (41)6.4机车的牵引制动特性控制 (42)6.5机车DC110V电源回路 (43)6.5.1DC110V电源的分配形式 (43)6.5.2DC110V电源供电特点 (44)谢辞 (45)参考⽂献 (46)第⼀章绪论1.1HXD3B交流传动电⼒机车的发展背景在2006年“和谐型”系列交流电⼒机车投产以前，中国铁路普遍缺乏⼤功率电⼒机车，当时只有韶⼭4型电⼒机车能达到总功率6400千⽡（233200千⽡）。
电压型四象限pwm整流器设计与实现
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
论文搭建了电压型四象限 PWM 整流器实验平台，对主电路参数进行了分析和 设计，基于 TMS320F28035 主控芯片完成了控制系统的硬件电路设计和软件编程。 对实验平台进行了大量实验研究，测试了系统的稳态、动态性能。实验结果表明系 统在整流、逆变状态下均能稳定运行且性能良好，验证了系统设计的正确性。 关键词： 四象限 PWM 整流器，单位功率因数，电压空间矢量，锁相环
In this thesis, the topological structure and the working principle of the voltage-source four-quadrant PWM rectifier are analyzed. The mathematical model of the system is established based on coordinate transformation and feedforward decoupling method. Then, the principle of space vector PWM modulation method and the conversion method of current are analyzed. The dual-loop control strategy of the system and the parameters of PI controller are designed. The phase-locked loop technology is introduced, and several different synchronization methods of voltage and current are compared with simulation.
电力机车控制-牵引变流器组成及原理
牵引变@流@器@组@成@及@原理
牵引变流器组成及原理
1 牵引变流器的功能及特点 2 牵引变流器组成 3 电压型四象限脉冲整流器 4 中间直流电路 5 电压型逆变器
1 牵引变流器的功能及特点 1.基本功能
牵引变流器是交流传动电力机车的核心部件之一，用于直 流和交流之间进行电能的变换。为了满足机车启动、调速和制 动的需求，要求牵引变流器能够四象限运行。牵引变流器的基 本功能是将来自接触网的交（直）流电压，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，在轮轨间产生牵引力，驱动列车前进。
电流路径：Uf -Rf -Lf -VD1 -直流环节-VD4 - Uf 此时，Ud =Uf + ULf来自2）当Uf<0时(自行分析）
3 电压型四象限脉冲整流器
3、逆变状态 两电平电路工作在全控桥电路，即由VT1 VT2 VT3 VT4
组成。 正半周：直流环节-VT3-Uf -Rf-Lf-VT2-直流环节 负半周：直流环节-VT1-Lf-Rf-Uf -VT4-直流环节
2 牵引变流器组成 在交-直-交传动系统中，牵引变流器主要由四象限脉冲 整流器（4qc）、直流中间环节（DC-Link）和逆变器（PWMI） 组成。典型的两电平牵引变流器电路如下图所示。
2 牵引变流器组成
1．整流器单元 电源侧变流器采用四象限脉冲整流器（4qc），构成
交-直变换部分，通过PWM斩波控制方式，可以调节从接触网 输入的电流相位，使机车所取的电流波形接近于正弦波形， 并能在宽广的负载范围内使机车功率因数接近于1，等效谐波 电流减小，有利于提高机车功率因数，降低谐波干扰。此外， 四象限脉冲整流器能方便的实现牵引和再生制动的能量转换， 可取得显著地节能效果。
动车组传动与控制作业答案(第5章)
《动车组传动与控制》参考答案作业三(5章)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。
四象限整流器工作原理
四象限整流器工作原理：四象限整流器的工作原理主要是通过交流侧的线路电抗器、电力电子器件（如GTO等）与二极管反并联组成的单相桥式整流电路，以及直流侧的支撑电容、电容与电感二次谐波滤波电路，将交流电变换成直流电。
每个桥臂电力电子器件的开关可采用三角形载波与正弦形调制波的交点来加以控制。
通常，四象限脉冲整流器后接逆变器-异步电动机，用于交-直-交流传动电力机车，适合于经常需要牵引、再生制动的调速系统。
通过控制四象限脉冲整流器，可以保持系统中间环节电压恒定，使功率因数接近1，且电流波形接近正弦。
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脉冲整流器交流电源侧等效电路
3．2支撑电容器Cd的作用
(1)与脉冲整流器、逆变器交换无功功率和谐 波功率。它们是在脉宽调制过程中产生的。
(2)与异步电动机交换无功功率。
(3)由于串联谐振回路中实际存在的电阻，二 次谐波电流并非全部通过串联谐振电路，而是 由串联谐振电路R2一L2一C2和支撑电容器Cd分 流。流过支撑电容器Cd的二次谐波分量为
通过这种办法，使直流侧的电压和电流不断在零和最大值之 间变换，实现脉宽调制，使所得到的电流变比函数kip(t)很
好地逼近理想的正弦曲线。
2.3.3四象限脉冲整流器的波形
交流测的电压波形 直流测的电流波形
2.3.4电压型四象限脉冲整流器主电路
2.3.5能量变换关系
电压型脉冲整流器相量图 a)牵引b)再生制动
另一方面，在该储能器上的电压是一个纯 直流电压。
所以，对于这个作为储能器的电抗两端网 络来说，加在其上的直流电压不引起电流， 而流过双倍网频的交流电流也不会在其端 子上引起电压。
2.3.2四象限脉冲整流器的电路 原理
图中：变流器由降压变压器和不可控桥式整流器构成，两者 之间是反并联电力半导体器件组成的电子开关S，用于控 制能量的流动。当其断开时，交流电源的功率将被送到 整流桥VD输入端；而在其开通时，把交流电源短接。交 流功率将不会被送到整流桥VD上去。
(3)中间回路的损耗应保持最小。 (4)所选择的电容器的参数不会影响整个系统的
稳定性。 (5)应当成功地抑制逆变器和电机中发生的暂态
过程，保持系原理
电压型四象 限脉冲整流 器的基本原 理如图示， 储能器与直 流侧负载并 联
由关系式i2=idc—Jd，可求得储能器的电流为 ．i2=IdCOS2 ωFt (4—10)
从上式可看出：
储能器所接受的电流是正弦形的，其频率 为供电频率的2倍，幅值恰好等于直流侧负 载电流。
2.3电压型四象限脉冲整流器
一个理想的交一直变流器，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。
从原理上讲，这种装置可以由一个无储能 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保持很好的功率因数 的同时获得平整的直流量，变流器的变比 必须能够通过调制技术随时加以改变，
(4)支撑中间回路电压，使其保持稳定。 如果这个电容器太小，变流器的控制将变得相
当困难。因为控制稍有一点误差，中间回路的 电压就会出现很大的波动。
选择合适的支撑电容器Cd的准则
(1)中间回路直流电压保持稳定，峰一峰波动值 不超过规定的允许值。
(2)中间回路直流电流是连续的，没有间断，其 峰一峰波动值不超过规定的许可值。