电气毕业论文7(3)

1.3 课题研究的背景及意义

电力机车的牵引系统可分为直流牵引传动系统、交—直牵引传动系统、交—直—交牵引传动系统，过去，在具有调速的牵引传动范围内大多采用直流传动，这是由于直流牵引电动机的磁场电流和电枢电流可以单独控制，起动调速性能和转矩特性比较理想，并容易获得良好的动态响应。但是直流电动机在结构上有严重的缺点，由于它存在电刷和换向器，致使电机不仅工艺复杂、价格昂贵，而且在运行中容易产生火花和环火现象，这就要求电机换向片之间的电压不能过高。从而限制了直流电动机的功率和容量，满足不了铁路牵引向高速、重载方向发展的要求。

从20世纪60年代开始，人们将长期使用的串励直流电动机（所谓的纯直流传动）改为使用它励直流电动机，即采用可控硅电源供给它励电动机励磁（所谓的交—直流传动）。这种牵引方式将接触网的单向交流电通过可控硅整流变成直流电，通过控制励磁电力使牵引电机具有所要求的软特性和良好的防空转性能，虽然这种脉流式牵引电动机与直流电动机有所不同但其工作原理基本上与直流电机相同，仍然无法改变电机存在的火花和环火的致命缺欠。

交—直—交牵引系统采用三相交流电动机，由于其转子没有机械换向器，也不带绝缘绕组，不存在换向火花和环火的现象，因此它结构简单、运行可靠，能以更高的转速运转，可以满足高功率、大容量牵引传动装置的要求。随着变流技术的发展变流元件从不控的二极管、半控晶闸管，发展到全控的GTO、IGBT、IGCT，容量不断加大，开关频率不断提高使得脉宽调制技术成为可能，逆变器的输出具有平滑调节供电频率和电压的性能交—直—交牵引系统由这种变流器供电，就可获得极好的调速性能。并且从原来的开环控制，到今天的广泛使用的矢量控制、直接扭矩控制，使得交流电动机具有极好的控制特性和动态性能，因此它将更广泛的用于电力机车的牵引传动。

交—直—交牵引系统比其它牵引传动系统具有良好的牵引和制动性能、良好的黏着利用和防空转性能、电机功率大、质量轻、体积小、功率因数高、谐波干扰小、操作简便、

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河北机电职业技术学院毕业设计（论文）

维修工作少、易于标准化、通用化和模块化等优越性。由于异步电动机轴功率大、体积小，使得机车具有适合低速大牵引力，以较少的动轴保证列车高速运行时所需的功率。与同样功率等级的直流电机比较，异步电机的质量低30%左右，因此减少了簧下质量，减小对线路的作用力。近年生产的交流传动电力机车，网侧采用了四象限脉宽调制整流器。使得机车不论在额定功率，还是小负载时，在牵引或再生制动工况，机车的功率系数都在0.98以上。这就意味着铁路电网所需提供的无功功率很小，接触网上的损耗就很小。那么在给定的电网功率下，使用一定功率的机车就越多，并且等效干扰电流小于2A。当列车需要制动时，机车将列车的动能变为电能，反馈至接触网，节约了能耗。较于其它机车成本较低。因此交—直—交牵引系统将更广泛的运用于电力机车中。

1.4 论文主要的工作

逆变器在整个牵引系统中起到把直流电逆变成为三相交流电的作用，供给电动机运行，它对整个牵引系统是否能正常运行起到重要作用。但是对于交—直—交电力机车这种大功率场合，由于逆变器的的开关频率较低，将会产生很大的低次谐波，轻则影响系统的性能，重则将导致整个调速系统的控制失败，因此需要对其进行PWM调制，减少其低次谐波。PWM调制作为交流调速系统的一个关键环节，其设计的优劣直接关系到系统的性能

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第2章 逆变器的主电路

逆变器的任务是将直流电压转换成负载电机所需的三相交流电压向电机供电，其输出方式既可以选择变压变频(VVVF)方式，也可以 选择恒压恒频(CVCF)方式，以满足不同负载的需要。

现代逆变器的特点是趋向于采用IGBT及无吸收电路。逆变器过去采用的功率器 件有晶闸管、GTO、功率晶体管等，IGBT技术是近年来逐渐发展成熟起来的，由于 IGBT具有工作频率高、自我保护能力强、控制较简单的优点，现在逆变器采用的 功率器件主要是IGBT。同时也由于采用了IGBT，逆变器内部电路结构也发生了变 化，这主要体现在功率器件的过压保护方面，由最早采用的高损耗R-C-D阻容型过 压吸收电路，发展到来采用的低损耗不对称型过压吸收电路及△型过压吸收电 路，再到现在的无吸收电路。吸收电路逆变器通过采用无感复合母排技术、低感电容技术来尽可能消除产生过电压的因素，从而尽可能避免过电压情况的发生，同时也消除了吸收电路所产生的损耗，这样，既简化了电路结构，又降低了逆变 器的损耗，提高了效率，同时还因逆变器发热量的降低而使得逆变器的体积重量 也得以减小。

2.1 逆变器主电路结构设计

逆变器主要分为电压型逆变器和电流型逆变器，电压型逆变器由直流电压中间电路供给一个恒定的直流电压，其元件过电压的可能性较小，但由于中间电路的内阻小，负载的故障和换流失败，易引起过电流。再生制动时，为了使电流反向，与晶闸管反向了二极管，因此晶闸管毋需反向耐压；电流型逆变器由直流电流中间电路供给一个恒定的直流电流，由于将电感串联在中间电路中，有较大的阻抗，半导体器件一般不会产生过电流。再生制动，电压方向改变，毋需反并联二极管。就电压型逆变器和电流型逆变器相比较，在大功率牵引领域，以电压型逆变器为主。故本课题采用电压型逆变器。

为了使直流电逆变成为三相可调交流电，需对晶闸管的开关断时间进行调制，在逆变器运行时，每个工作状态下都有3只晶闸管同时导通，其中每个桥臂上都只有一只晶闸管导通，形成三相负载同时通电，这样就可把直流电逆变成为三相可控交流电。

三相电压型逆变器主电路由6只晶闸管组成，每只晶闸管反并一只续流二极管，为负

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