大功率电力机车交流传动系统的研究

摘要

在铁路客、货运输分离的背景下，我国现已开通了一万多公里的重载铁路。然而除了修建货运专线外，货物的运输能力同时也取决于机车的牵引力，因此，对于大功率货运机车的研发也提上了日程。以国内企业为主导、引进关键技术，我国成功引进了各种大功率货运机车制造技术，并且开发出了有自主知识产权的和谐型大功率交流传动货运机车。本文以和谐型机车的交流传动系统为基础，通过传动系统主电路为切入点，研究大功率电力机车的交流传动技术，包括交流传动系统的组成、变流技术以及相应的控制技术、电机的控制技术等，对于运行过程中机车的运行状况和一些参数变化可以有直观的了解。
　　本文以和谐型电力机车为应用背景，设计了交流传动系统主电路结构方案，包括网侧电路、主变压器、牵引变流器及牵引电动机等。分析两电平脉冲整流器的工作原理及其脉宽调制技术，通过对脉冲整流器的间接电流控制和直接电流控制技术进行对比分析，采用适应于大功率场合的瞬态直接电流控制技术，实现脉冲整流器输出直流电压稳定的控制。此外还分析了中间直流回路各部分的功能。
　　分析了两电平牵引逆变器的工作原理及其脉宽调制方式，同时对其脉宽调制的约束条件做出简要分析。本系统采用矢量控制方式实现对电机的转矩控制。基于矢量控制的基本思想，通过坐标变换方式，建立异步电机在不同坐标系下的数学模型。比较直接运算法和间接运算法转子磁链观测模型的各自特点，采用两相同步旋转坐标系下的转子磁链观测模型，最后对电机采用转差频率矢量控制系统，实现对电机转矩直接控制，具有响应速度快，稳定性好等特点。
　　最后，采用Matlab/Simulink软件进行仿真研究。以本文所设计机车的电路结构和器件参数为基础，分别对整流部分和逆变部分建立仿真模型，验证所采用的调制方式和控制技术的实际控制效果。整流系统实现了输出电压达到设定值并保持稳定，网侧电压电流相位一致。牵引逆变系统很好地实现了牵引电机励磁电流和转矩电流的解耦控制，具有动态响应快，转矩稳定性好，提高了机车的起动性能和防空转能力，取得了理想的控制效果。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1本文的研究背景和意义

1.2电力牵引交流传动技术的发展现状

1.3电力牵引交流传动技术的发展趋势

1.4本文研究的主要内容

第2章 电力机车交流传动系统主电路设计

2.1电力机车交流传动系统的组成

2.2电力机车交流传动系统主电路结构设计

2.3电力机车交流传动系统主电路参数设计

2.4本章小结

第3章 整流器主电路及其控制

3.1脉冲整流器的工作原理

3.2两电平脉冲整流器主电路

3.3两电平脉冲整流器的SPWM调制

3.4脉冲整流器控制

3.5中间直流回路的功能

3.6本章小结

第4章 牵引逆变控制系统

4.1两电平牵引逆变器主电路

4.2两电平牵引逆变器控制

4.3矢量控制的原理

4.4牵引电机矢量控制系统

4.5本章小结

第5章 电力机车交流传动系统仿真及其分析

5.1牵引整流电路的仿真及其分析

5.2牵引逆变电路的仿真及其分析

5.3本章小结

第6章 总结与展望

致谢

参考文献