地铁动车组三相辅助逆变器电源

地铁动车组三相辅助逆变器电源

Three 2phase Auxiliary Inverter Power Supply Applied to Subway Vehicle 广州地铁运营公司　陈国清　(广州　510380)

12脉冲控制技术广泛应用于电压源逆变器

(VSI ),其开关频率只为基波的3～5倍,却可获得优良的正弦波输出。由于开关频率低,使得它特别适用于要求电磁干扰(EM I )和损耗很低或基波频率较高的大容量逆变器中。正常输出功率为75kW 的广州地铁动车组三相辅助电源静止逆变器采用的就是这种技术。

1　地铁辅助逆变器主要规格

正常输入电压:1500V ;正常输入电压范围:1000～1800V ;最小/最大工作电压范围:950/1900V ;瞬态抑制:根据IEC411-5;原理:12脉冲IG B T 逆变器;正常交流输出电压:3×380V (±5%),有中点;频率:50Hz (±0.1%);正常输出功率:75kW ;最大输出功率:150kW (5秒);电隔离:由变压器实现;输出波形:正弦波;波形畸变:<15%有效值;总效率:>90%(1500V 满负载)。

2　逆变器主电路结构

主电路结构如图1

所示。

图1　辅助逆变器主电路图

3　12脉冲逆变器基本构成

12脉冲逆变器的基本构成如图2所示。它主

要由逆变桥和输出变压器两部分组成。逆变桥部分由两个结构一样的三相逆变桥组成,两个逆变桥均由有30°相位移的脉冲控制,使得两个输出变压器上的波形也有30°的相位移。输出变压器的典型连接如图2所示,Dy 型变压器T 1和Dz 型变压器T 2的初级都是三角形连接,T 2的次级采用之字形连接,然后与T 1的次级串联输出。

六个电压输出相对于直流负端都具有相同的波形,都是周期为T ,幅度为0或1/2E 的周期波,这些周期波含有不连续谐波。两个输出变压器均具有同样的额定容量和电压变比,因此,T 1次级的匝数应为T 2次级的3

倍。

图2　12脉冲逆变器原理图

4　控制原理

构成12脉冲逆变器的两个逆变桥均由180°脉冲控制,但两桥有30°的相位移,2号桥的控制脉冲

超前1号桥,结果在两个输出变压器的初级均可获

得有30°相位移的矩形波线电压,如图3的(1)、(3)所示;在T 1的次级获得与初级有150°相位移的双

阶梯波相电压,如图3的(2)所示;在T 2的次级获得与初级有180°相位移的矩形波相电压,如图3的(4)所示;可知两输出相电压相位同步,两变压器串联就可获得近似正弦波的三阶梯波输出,如图3的(5)所示,再经由LC 滤波

,就可获得优良的正弦波输出。

图3　变压器波形

图中:(1)变压器初级线电压波形;(2)变压器次级相电

压波形;(3)变压器初级线电压波形;(4)变压器次级相电压波形;(5)T 1和T 2串联输出波形

图4是不同斩波宽度的120°

矩形波波形。

图4　PWM 波形图中:(1)斩波宽度为0°;(2)典型斩波宽度;(3)斩波宽

度为60°

(下转第48)9

3《电力电子技术》2000年第1期　2000.2

比较仿真与实验结果,可以看到:它们之间能较

好地吻合。仿真结果与实验的误差主要来源于实际元件与仿真元件模型的差别,以及装置中分布参数的影响。仿真和实验误差的百分比很小,低于2%。考虑用复杂的元件模型来代替简单的元件模型,如将桥臂中的主管用实际所用元件模型代替———Saber 中的具体型号功率器件模型,可使结果更精确。

4　结　论

本文成功地在仿真软件Saber 上建立了电压、电流双环控制的逆变器系统模型,仿真结果和实验

数据相一致,证明了它的有效性。Saber 包含有大量

的电力电子元器件模型库。因此,比系统仿真软件Matlab Simulink 更适合于电力电子电路的分析和系统研究。同时,由于它方便的模型构造方法较之普通的Pspice 仿真软件具有更强的电路和系统研究功能,将为电力电子技术的应用提供更有效的手段。

参　考　文　献

1　Analogy ,Inc.Saber Designer Introductory Course .1997.2　Analogy ,Inc.Analogy Modeling Class Using MAST.1997.3　孙剑虹.新型组合软开关PWM 功率变换器的研究[硕士

论文].浙江大学,1999.

收稿日期:1999205220定稿日期:1999209220

作者简介

丁强:男,1971年10月生,硕士生。研究方向为电力电子技术研究及应用。

(上接第39页)

为了在大的负载范围内获得恒定的电压输出,在120°矩形波上加脉宽调制,根据输入电压变化改变斩波宽度的大小,就可获得恒定的电压输出。

5　电压均衡

根据原理图2,变压器T 1与T 2的三相交流输出可用图5向量图表示其相位关系

。

图5　变压器电压向量图

将直流电压分为两部分的两逆变桥的输入电压

的平衡是由变压器的变比确定的。以使得各逆变桥的负载分配平衡。

由图5可看出两个变压器绕组的电压关系。设T 1次级电压为E a ,则可得T 2对应的次级电压为13E a εj π/6、13

E a ε-j π/6

,同时设输出电流为I a ,则顶部逆变桥(1号桥)负载功率为:

P 1=U 1I a =E U u 1I a +E V v 1I a +E W w 1I a =3E a I a

(1)

底部逆变桥(2号桥)功率为:

P =U 2I a |E u 1u 2+E u 2o |・I a +|E v 1v 2+E v 2o |・

2I a +|E w 1w 2+E w 2o |・I a

=313E a εj π/6

+13

E a ε-j π/6I a =31

3

E a 2cos π6I

a =3E a I a

(2)由式(1)与式(2)可得P 1=P 2,则有U 1=U 2,由此可知,当两个逆变桥串联时,其输入电压平均分配。

6　谐波消除

谐波消除分三步。首先所有的偶次谐波因波形对称原点即f (t +π)=c -f (t )而消除。所有的3次谐波通过变压器初级的三角连接消除。最后5次及7次谐波通过Dz 型变压器T 2与Dy 型变压器T 1串联而消除,即假设电压输出波形为u (t ),由图5可有:

　u (t )=13h (t -30°)+1

3

h (t +30°

)+h (t )(3)式中　h (t )———T 1次级波形

则可有输出谐波幅值:

U (k )=

H (k )

3

[2cos (30°k )+1](4)

式中　H (k )———T 1次级谐波

由此可知:当k =5,7,17,19,29,……(12m -6

±1)时,U (k )=0;当k =1,11,13,23,25,……(12m ±1)时,U (k )=H (k ),得输出相电压中最低谐波为11次。

收稿日期:1999203215定稿日期:1999206202

84《电力电子技术》2000年第1期　2000.2