_HXD3型电力机车交流传动系统仿真分析

电子设计工程

Electronic Design Engineering

第23卷

Vol.23

第1期No.112015年6月Jun.2015

直流牵引电机在调速时由于换向器的存在，从而限制了其功率和容量，难以满足电力机车高速及重载的要求[1]。交流牵引电机没有换向器和带绝缘的绕组，因而结构简单，运行可靠，单机功率大，容量可达1600kW [2]。机车的传动系统有直流传动升级为交流传动，符合铁路提速的要求和重载牵引的需要[3]，也是机车电传动的主要发展形式[4]。

1HXD3型电力机车牵引特性

HXD3型电力机车采用恒牵引力与准恒速特性控制[5]。

短暂的恒牵引力控制可以获得很大的启动牵引力。准恒速控制将使机车牵引力按照恒速关系（线性关系）下降。当机车速度达到持续速度时，进入恒功率控制阶段，恒功率区位于机车运行的高速度段，可以充分发挥机车在高速段的牵引能力[6]

。

2HXD3型电力机车牵引变流器

牵引变流器是机车交流传动系统的核心，为交流牵引

电机提供VVVF 三相交流电源。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（PWM ）组成。典型的两电平牵引变流器电路如图1所示。

电源侧变流器采用四象限脉冲整流器，构成交-直变换部分，通过PWM 斩波控制方式，，有利于提高机车功率因数，降低谐波干扰。

中间直流环节为支撑电容和二次滤波环节。电压型变流器转矩脉动小，对电网的反作用力小，适合于大功率的干线机车。因此干线交流传动电力机车普遍采用这种系统。

电动机侧采用三相PWM 逆变器，形成直-交变换部分。

3HXD3型电力机车牵引变流器数学建模

1)HXD3型机车四象限整流器仿真电路

额定输入电压：U d =1450VAC ，输入功率：50Hz ，输出直

流电压：2800V ，变压器漏感：L N =3mH ，二次滤波系数：C 2=3

mF,L 2=0.84mH,支撑电容器：C d =8mH 。采用230bt 算法，瞬态

HXD3型电力机车交流传动系统仿真分析

杨会玲

（西安铁路职业技术学院牵引动力系，陕西西安710014）

摘要：针对HXD3型电力机车的主传动和辅助传动系统采用了交流传动技术，通过介绍HXD3型电力机车牵引变流器的工作原理，对HXD3型电力机车的主传动系统进行了仿真分析，仿真结果表明基于交-直-交传动方式的牵引变流器应用于机车时具有良好的牵引特性，功率因数高，且谐波干扰小。关键词：HXD3型机车牵引特性；牵引变流器；四象限整流器；二逆变器中图分类号：TN13

文献标识码：A

文章编号：1674－6236（2015）11-0144-03

The simulative analysis of HXD3electric locomotive AC drive system

YANG Hui -ing

（Department of Railway Power Traction,Xi 'an Railway Vocational and Technical College,Xi ’an 710014，China ）

Abstract:Pertaining to the fact that high-power transmission is widely adopted in the main and auxiliary transmission system of HXD3.AC-DC-AC transmission mode is introduced to be applied in the locomotive with the analysis of the simulative results of the four quadrant rectifier and the two levels inverter on the basis of theoretical principles of traction converter in HXD3.The simulation results illustrate that the locomotive boasts of good traction features with high power factor and low harmonic interference.

Key words:traction features of HXD3;traction converter;four quadrant rectifier;two levels inverter

收稿日期：2014-09-21

稿件编号：201409180

作者简介：杨会玲(1978—)，女，

陕西西安人，讲师。研究方向：电力电子技术及电力机车控制等。

图1两电平式牵引变流器电路

Fig.1The two level traction converter circuit

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DOI:10.14022/ki.dzsjgc.2015.11.047

直流控制策略[7-8]。

HXD3型机车四象限整流器仿真电路，如图2所示，仿真系统中包括了3个模块。模块一是电压外环控制器，为恒电压控制器，一般采用PI控制器。模块二是瞬态电流内环控制器，使系统动态响应好，对参数变化能很快做出调整。PWM 模块是PWM信号发生器，由三角波和调制波进行比较产生。

2)两电平逆变器PWM数学建模

SVPWM逆变器数学模型采用开环控制，如图3所示。三相逆变器输入额定直流电压U dc=2800V，SVPWM开关周期T s=0.0002s，输入三相正弦电压U a、U b、U c幅值为100V

。

图2HXD3型机车四象限整流器仿真电路

Fig.2The locomotive4-quardant rectifier circuit simulation of HXD3

4HXD3型电力机车交流传动系统仿真

1)四象限整流器仿真分析

从仿真图4中可看出整流器输出额定电压为2800A，

基本上满足HXD3型机车的四象限整流器额定工作的需求。

并且通过瞬态直流控制策略，通过调整参考直流电压，可以

实现调整输出电压以及电流的目的。

从仿真图5中可看出四象限整流器直流侧的输出电压

含有很多低次及高次谐波。

低次谐波的产生机理，直流侧输出电压含有2倍电网频

率的纹波，得到的网侧电流整定值，其中必然含有3次谐波。

实际网侧电流跟踪给定的网侧电流，

则最终实际网侧电流就

图3SVPWM逆变器仿真电路

Fig.3The simulation circuit of SVPWM

inverter

图4整流器输出电压波形

Fig.4The rectifier output voltage waveform

杨会玲HXD3型电力机车交流传动系统仿真分析

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