双流制电力机车牵引传动系统及阻抗参数计算

摘要

随着我国高铁技术的快速发展，由我国自主研制的电力机车已完全可满足国内牵引轨道交通发展的需求；为了进一步推广我国高铁技术在世界范围内的应用，因欧洲及非洲多种牵引供电制式的长期共存，现有单一供电制式的电力机车无法满足国际市场的要求；研制多流制电力机车势在必行。同时，随着我国高速铁路、城际铁路及城市轨道交通牵引网的交错格局的形成，我国也需要研制可同时满足25kV/50Hz的交流供电制式与城市地铁和轻轨1.5kV直流供电制式两种供电制式的电力机车。为了实现这一目标，本文主要开展的研究工作包括：
　　(1)本文介绍了双流制电力机车牵引传动系统的系统组成，分别给出了两种供电制式下系统的拓扑结构。研究了两电平整流器和两电平逆变器的工作原理，并建立了相应的数学模型。建立了双流制电力机车牵引传动系统在牵引工况和再生制动工况下的仿真模型，根据仿真模型的结果验证了控制策略的可行性和有效性。在双流制电力机车牵引传动系统中，为了克服机车空间和重量存在严格限制的难题，本文提出将牵引变压器的牵引绕组用作直流滤波电抗器的构思，即实现了牵引变压器的设备复用。同时，对牵引绕组用作直流滤波电抗器的不同绕组接线方案进行了研究，结合多绕组牵引变压器的电磁结构参数，建立该牵引变压器的Maxwell3D仿真模型。
　　(2)多绕组牵引变压器具有多绕组、大容量和多电气端口等特点，其复合短路阻抗和环流计算是双流制电力机车设计和制造过程中的研究重点之一。针对多绕组变压器建模复杂、工作量大等问题，本文采用电感矩阵作为中间变量的新型磁场-电路耦合法，求解了牵引变压器的复合短路阻抗及短路环流，并与试验结果进行对比分析，结果表明：新方法能够精确计算出各种短路工况下的复合短路阻抗及短路环流。
　　(3)为了解决牵引绕组用作直流滤波电抗器时，端口电感计算模型非线性和建模复杂等问题，本文结合多绕组牵引变压器的端口电压方程，提出一种基于降阶电感阵法矩阵的直流滤波电抗器电感量计算的新方法。根据针对牵引绕组用作直流滤波电抗器的的不同接线方案，并结合牵引变压器的边界条件，计算出不同接线方案下的直流滤波电抗器的电感量，并与试验实测结果进行对比分析，结果验证了新该方法的正确性和工程可行性，为牵引变压器的设备复用提供可靠的理论支撑。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3 本课题研究的主要内容

第2章 双流制电力机车牵引传动系统的结构和原理

2.1双流制电力机车牵引传动系统组成

2.2双流制牵引变流器

2.3双流制电力机车牵引变压器

2.4 双流制牵引变压器模型的建立

2.5 本章小结

第3章 牵引变压器复合短路阻抗值计算

3.1 短路阻抗

3.2 短路阻抗计算方法

3.3牵引变压器复合短路阻抗计算

3.4本章小结

第4章 降阶电感矩阵法及直流滤波电抗器电感量计算

4.1电感矩阵降阶算法推导

4.2基于降阶电感矩阵法的直流滤波电感量计算

4.3实例分析求解

4.4 本章小结

结论

本文工作总结

后续研究展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的主要学术论文