电牵引传动系统研究

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1、北方交通大学博士学位论文电牵引传动系统研究姓名：郑琼林申请学位级别：博士专业：电力系统及其自动化指导教师：郝荣泰2002.8.1北方交通大学{啦士论文——电牵引传动系统研究论文摘要(中文)论文摘要本论文就电牵引传动系统发展中的几个重要问题开展研究，并取得了相应的成果。研究的问鼷包括牵引变流器的开关器件、变流器的电磁兼容性布局、低开关损耗的控制策略、逆变器供电牵引电机问题和牵引传动系统的能量互馈试验技术等五个方面。本文比较了牵引变流器常用的开关器件，分析了轨道动车和电动汽车的运行特点，认为牵引变流器对开关器件在热循环和低热阻方面有着特殊要求。接着根据文献资料对IGBT模块的热循环能力、

2、低热阻和低内部电感结构等方面进行研究，得出结论：IGBT器件是牵引变流器今后一段时间的主要发展方向之一。对牵引变流器用IGBT的驱动和短路保护进行了进一步的研究。提出了“类短路”试验电路方案，通过“类短路”电路试验，不仅可以对驱动电路的短路保护功能进行安全可靠试验，还可进行IGBT器件的电气特性研究。f~＼(本文推导了四种典型连接回路的线路电感公式，提出了薄膜绝缘叠层导电排fLaminatedBus)和功率印制板(PowerPCB)回路电感的不同计算公式。研究了四种典型回路对空间电磁干扰的强弱贡献，从理论上说明了在功率变换器设计中采用的连接回踌的导体厚度和回路间的绝缘层都是越薄越好．

3、紧接着通过实例对新系统设计中的IGBT变流器主电路布局和原系统改造时的IGBT逆变器布局进行了研究，提出了“第二支撑”滤波方法。试验结果证明，该方法为今后既有车的变流嚣技术改造提供了技术参考．本文提出了关联指令分区脉宽调制(CRSPWM)技术，并对CRSPWM技术进行了全面阐述和实验研究。在电力机车辅助逆变器上实现了从SPWM到CRSPWM的全硬件转换；在有源电力滤波器上实现了4种开关模式的电流指令控制方式，验证了“零电压矢量”移动对谐波电流的影响，给出了滤波器谐波补偿、无功补偿和负荷平衡三种工况的补偿结果。理论上证明了CRSPWM技术与SPWM技术相比，逆变器直流电压利用率高提高1

4、5．47％、开关频率可降低1／3。研究表明，在大多数负载条件下，变流器采用CRSPWM后，交流器的开关损耗可降低50％。与空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术比较后的结论表明：CRSPWM技术有着比SVPWM更多的有点。本文分析了逆变器供电PWM波产生的关模电压和开关过程的电压变化率dr／dr对牵引电机的影响。发现共模电压除了含有PWM载波频率次谐波和开关dr／dr外，还含北方交通大学博十论文——电牵引传动系统研究论文摘要(中文)有三次谐波，且采用关联指令分区脉宽调帝'I(CRSPWM)的载波频率次谐波幅值比SPWM的要小，幅值从逆变器直流侧电压的1，2降到了1／3。在分析共模电压对牵

5、引电机的影响时，提出了电容性耦合共模干扰电流会产生环流轴承电流的观点。本文认为在牵引逆变器输出端加装霉滤波器和在电机齿轮传动装置上加装电机转轴电刷是两项消口f除牵引电机轴承电流和接地电流切实可行的措施。发现逆变器输出电压咖，防是变化的。通过数学建模研究电机端电E,dv／dt变化机理时，得出了咖／础的变化与电机负载有关的结论。本文最后分析了牵引特性对交流传动试验台的要求，提出了“双逆变器一电机”能量互馈式电牵引交流传动试验方案，构建了逆变器容量500kVA、电机容量300kW的“双逆变器一电机”互馈试验系统。理论分析和仿真结果表明，该互馈试验系统功能更强、控制更灵活、节能效果更显著、／

6、，√关键词：电力半导体器件、绝缘双极晶体管，短路保护、低电感布局、叠层母排、脉宽调制、电机过电压、共模电压’电磁干扰、吣量互馈j!塑奎望盔兰竖主迨塞=皇至!!堡垫墨堕婴窒篓塞垫要!!垫2AbstractThisdissertationprobesjntothedevelopmentofelectricaIdriveinpropulsionandtractionsystems．Productiveresearchleadstofindingsinthefollowingscopes；switchingdevicesforthetractionconverters，theEMClayou

7、tofthepowerconverIers，controlstrategiestolowerswitchingloss．issuesinconnectionwithtractionmotorpoweredwithaPWMinverter,andreciprocalpower-fedtestrigforACtractiondrivesystems．AfIercomparingswitchingdevicesforthetractionconvertersan