機(jī)車(chē)電力電子技術(shù) 課件 第六章 PWM脈沖整流技術(shù)

第六章PWM脈沖整流技術(shù)6.1牽引變流器工況6.2單相兩電平PWM脈沖整流器6.3單相三電平PWM脈沖整流器6.4單相脈沖整流器的控制6.5HXD3型電力機(jī)車(chē)牽引變流器結(jié)構(gòu)組成及工作原理6.1牽引變流器工況HXD3型電力機(jī)車(chē)牽引變流器電路由主變壓器牽引繞組、PWM脈沖整流器、中間直流環(huán)節(jié)、VVVF逆變器、電機(jī)等組成。

交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)或動(dòng)車(chē)組運(yùn)行時(shí)有兩種工況：牽引工況電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，PWM脈沖整流器把能量從變壓器側(cè)輸送到直流環(huán)節(jié)，逆變器把直流環(huán)節(jié)的能量變換為電壓、頻率可變(VVVF)的三相交流電壓給電動(dòng)機(jī)供電；再生制動(dòng)工況或逆變工況當(dāng)外力驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)速超過(guò)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，或降低逆變器的輸出頻率，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)新的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生的能量途經(jīng)由逆變器六個(gè)二極管構(gòu)成的整流橋到達(dá)中間直流環(huán)節(jié)，PWM脈沖整流器轉(zhuǎn)換為逆變運(yùn)行，把直流環(huán)節(jié)的能量反饋給變壓器，直至接觸網(wǎng)。

6.2單相兩電平PWM脈沖整流器6.2.1單相兩電平PWM脈沖整流器主電路結(jié)構(gòu)及其交流回路相量圖

牽引工況、再生制動(dòng)工況相量圖

6.2.2兩電平脈沖整流器的工作原理

圖6-2所示的單相PWM脈沖整流器主電路可以等效為圖6-6所示的電路，二次諧波濾波器未畫(huà)出。

6.2.3兩電平脈沖整流器的SPWM調(diào)制原理

6.2.4兩電平脈沖整流器的升壓模式

6.2.5中間直流環(huán)節(jié)

6.3單相三電平PWM脈沖整流器6.3.1單相三電平PWM脈沖整流器主電路結(jié)構(gòu)及工作原理

6.3.2單相三電平脈沖整流器的SPWM調(diào)制原理

6.4單相脈沖整流器的控制交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)和動(dòng)車(chē)組脈沖整流器采用了瞬態(tài)直接電流控制，其控制框圖如圖6-14所示?？刂撇糠种饕呻妷簜鞲衅鳌㈦娏鱾鞲衅?、電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、比較器、函數(shù)發(fā)生器、運(yùn)算器及SPWM控制器等組成。6.5HXD3型電力機(jī)車(chē)牽引變流器結(jié)構(gòu)組成及工作原理6.5.1牽引變流器的結(jié)構(gòu)組成HXD3型電力機(jī)車(chē)采用兩套主變流柜UM1、UM2，每個(gè)變流柜有3組交直交牽引變流器，分別由主變壓器的牽引繞組2U1～2V6

供電，主變流器再分別給牽引電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3和M4、M5、M6供電。主變流器UM1內(nèi)部可以看成由3個(gè)獨(dú)立的“整流-中間直流電路-逆變”環(huán)節(jié)(稱(chēng)為牽引變流器)構(gòu)成。每組牽引變流器分別有2個(gè)接觸器、1個(gè)輸入電流互感器、1個(gè)充電電阻、1個(gè)四象限PWM整流器、中間直流環(huán)節(jié)、1個(gè)VVVF逆變器、2個(gè)輸出電流互感器等組成。如圖6-15所示，每臺(tái)電源變換裝置內(nèi)含有三組牽引變流器和一組輔助變流器，變換裝置結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝。在裝置的左上段，從上到下依次為1組、2組、3組牽引變流器，從左至右依次設(shè)置有逆變器單元、支撐電容、整流器單元。在裝置的左下段，設(shè)置有水泵、水箱等牽引變流器循環(huán)水冷用品。在裝置的中央下段，設(shè)置有CI(牽引變流器)主回路接線端子臺(tái)、在上面設(shè)置有交流接觸器，在里面為充電電阻及主回路的配線空間。在裝置的右上段，設(shè)置有OVTR(過(guò)壓保護(hù))單元、DCPT(電壓傳感器)單元、I/F(接口)單元；在里面設(shè)置有GR(接地電阻)單元、NF(同步變壓器和噪聲過(guò)濾器)單元。另外在I/F單元、DCPT單元、OVTR單元的下側(cè)還設(shè)置有加熱器盤(pán)，當(dāng)周?chē)鷾囟缺容^低時(shí)，為各零件預(yù)熱。在裝置的右中段，設(shè)置有CI控制單元；在里面設(shè)置有OVRe(限流電阻)單元、RY(繼電器)單元、DCHR(放電電阻)單元。另外在CI控制單元的下側(cè)設(shè)置有風(fēng)扇和加熱盤(pán)，風(fēng)扇用于冷卻控制單元；當(dāng)?shù)蜏貑?dòng)的時(shí)候，加熱電阻用于預(yù)熱控制單元。在裝置右側(cè)設(shè)置有控制回路連接器，代號(hào)為CN1到CN5。牽引變流器的冷卻系統(tǒng)是由復(fù)合冷卻器的水-空氣熱交換器、連管、閥門(mén)、儲(chǔ)水箱、水泵、塞門(mén)、流量計(jì)、冷卻介質(zhì)等組成，利用去離子水和乙二醇的混合冷卻介質(zhì)通過(guò)熱交換器對(duì)IGBT器件進(jìn)行冷卻，具有很好的冷卻效果。為了提高裝置的小型化及冷卻性能，牽引變流器采用強(qiáng)制循環(huán)水冷方式。這種方式具有冷卻效果好、無(wú)污染、結(jié)構(gòu)上維修方便等特點(diǎn)，是國(guó)際上流行的冷卻方式。冷卻液采用純水45%與乙二醇55%的混合溶液，確保在-40℃時(shí)不凍結(jié)。6.5.2牽引變流器工作原理機(jī)車(chē)6組牽引變流器的主電路和控制電路相對(duì)獨(dú)立，分別向6個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)提供交流變頻電源。當(dāng)其中一組或幾組發(fā)生故障時(shí)，可通過(guò)TCMS微機(jī)顯示屏，利用觸摸開(kāi)關(guān)將故障的牽引變流器切除，剩余單元仍可繼續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)整車(chē)的冗余控制。6.5.3牽引變流器參數(shù)

牽引變流器每組容量1400kV·A額定輸入電壓

單相交流1450V/50Hz額定輸入電流966A中間電壓

直流2800V額定輸出電壓

三相交流2150V額定輸出電流390A最大輸出電流520