电力机车辅助变流器整流控制系统研究

摘要

在现代电力机车上，供电系统主要分为两大部分：牵引变流器和辅助变流器。辅助变流器作为电力机车组成的重要部分，其正常工作与否对电力机车能否正常运行起着重要作用。本文以电力机车辅助变流器的PWM整流系统为研究对象，主要研究了PWM整流器的数学模型及其控制策略，在间接电流控制的基础上加以改进，进而提升整流系统的功率因数。 本文在综述了PWM整流器国内外研究现状的基础上，分析建立了PWM整流器的数学模型。外针对目前PWM整流器间接电流控制策略过度依赖主回路参数、无功消耗过大等缺点，本文引入电流解耦控制器来将交流侧输入电流解耦成有功电流和无功电流，通过补偿系数的调制将输入侧的无功电流减小到0进而降低无功功率，提高系统的功率因数。控制过程中补偿系数的选取最为关键，若补偿不当可能引起系统震荡。为此本文提出一种新的基于电流解耦的间接电流控制策略，根据判断当前功率因数值所在的范围不同，以分段式非线性控制来矫正补偿系数，从而实现稳定的、快速的降低交流侧的电压和电流的相位差，进而提升整个整流系统的功率因数。 在理论分析的基础上，使用MATLAB建立传统间接电流控制和本文改进后控制策略的仿真模型，仿真结果表明本文提出的改进控制策略的优越性。并设计了整流控制系统的硬件电路和软件程序。最终在基于DSP-FPGA的试验台上完成小功率实验，实验结果验证了本文提出的改进控制策略的可行性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景

1.2 发展现状

1.2.1 辅助变流器硬件结构发展现状

1.2.2 单相PWM整流器的控制策略发展现状

1.3 本文的主要内容

第2章 单相PWM整流器结构及原理

2.1 单相PWM整流器的拓扑结构

2.2 单相PWM整流器数学模型建立

2.3 单相PWM整流器的工作原理

2.4 本章小结

第3章 单相PWM整流器控制基础

3.1 单相PWM整流器调制技术分析

3.1.1 单极性调制技术

3.1.2 双极性调制技术

3.2 单相PWM整流器的控制策略研究

3.2.1 单相PWM整流器控制对象

3.2.2 单相PWM整流器控制器分析

3.2.3 单相PWM整流器传统控制策略研究

3.3.4 单相PWM整流器传统控制策略控制器设计

3.3 本章小结

第4章 基于电流解耦的整流控制策略改进

4.1 基于电流解耦的间接电流控制策略研究

4.1.1 电流解耦的基本原理

4.1.2 电流解耦的控制器研究

4.2 基于电流解耦的分段式非线性相位补偿器研究

4.2.1 相位补偿器的基本原理

4.2.2 相位补偿系数的计算

4.3 本章小结

第5章 硬件及软件设计

5.1 主电路设计

5.1.1 交流侧滤波电感设计

5.1.2 直流侧支撑电容设计

5.1.3 开关管选择

5.2 控制电路设计

5.2.1 电源

5.2.2 15V/24V开关量输入检测

5.2.3 15V/24V开关量输出

5.2.4 110V开关量输入检测

5.2.5 电平转换

5.2.6 通讯接口

5.2.7 模拟量输入检测

5.2.8 模拟量硬件保护

5.3 软件环节设计

5.3.1 锁相环设计

5.3.2 软件流程图

5.4 本章小结

第6章 仿真及实验验证

6.1 传统间接电流控制策略Matlab仿真结果及分析

6.2 基于电流解耦的分段式非线性控制策略Matlab仿真结果及分析

6.3 实验验证及说明

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 未来展望

参考文献

致谢

附录