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1、高速动车充电机主电路应用研究学学 生生 姓姓 名：名： 学学 号：号： 0950209 专专 业业 班班 级：级： 铁道机车车辆铁道机车车辆 指指 导导 教教 师：师： 摘摘 要要为了满足列车中、大功率充电机小型化、轻量化的需要，为了满足列车中、大功率充电机小型化、轻量化的需要，电力电子装置发展正朝高频化发展。软开关技术的谐振变换器应运而生，电力电子装置发展正朝高频化发展。软开关技术的谐振变换器应运而生，它可以降低开关损耗和开关噪音，进一步提高开关频率。本文研究的高速它可以降低开关损耗和开关噪音，进一步提高开关频率。本文研究的高速动车动车(electric(electric multiplem
2、ultiple unitunit，EMU)EMU)充电机主电路采用倍流整流电路移充电机主电路采用倍流整流电路移相全桥零电压相全桥零电压 PWMPWM 变换器的拓扑结构，其优点是充分利用副边滤波电感能变换器的拓扑结构，其优点是充分利用副边滤波电感能量，能在较宽负载范围内实现开关管的零电压开关工作。此设计方案通过量，能在较宽负载范围内实现开关管的零电压开关工作。此设计方案通过降低变压器原边漏感，克服了占空比丢失。同时利用整流二极管可以在零降低变压器原边漏感，克服了占空比丢失。同时利用整流二极管可以在零电压条件下实现换流，减小反向恢复电压尖峰。本文详细分析了该变换器电压条件下实现换流，减小反向恢复电
3、压尖峰。本文详细分析了该变换器的工作原理，通过严格推理计算，优化设计了选择主电路关键器件参数值，的工作原理，通过严格推理计算，优化设计了选择主电路关键器件参数值，保证功率器件实现软开关关断，给出了参数选择的方法。本文深入探讨了保证功率器件实现软开关关断，给出了参数选择的方法。本文深入探讨了倍流整流的全桥移相变换器，给出了倍流整流的全桥移相变换器，给出了 1212 个运行模态的等效电路和电压电个运行模态的等效电路和电压电流公式。研究发现：该变换器可以在轻载到满负载的宽范围内实现软开关流公式。研究发现：该变换器可以在轻载到满负载的宽范围内实现软开关切换，因次级整流二极管的自然换流，消除了副边占空比
4、丢失和次级二极切换，因次级整流二极管的自然换流，消除了副边占空比丢失和次级二极管的振荡。论文设计了高频变压器和滤波电感。为了验证分析变换器的工管的振荡。论文设计了高频变压器和滤波电感。为了验证分析变换器的工作原理，对输出作原理，对输出 29V29V560A560A 动车充电机产品进行了实验测试，对采集波形动车充电机产品进行了实验测试，对采集波形和数据进行分析。通过主电路关键器件优化选择，保证选择器件满足预定和数据进行分析。通过主电路关键器件优化选择，保证选择器件满足预定技术条件，最后给出实验结果并进行了分析。结果表明：本文设计的高速技术条件，最后给出实验结果并进行了分析。结果表明：本文设计的高
5、速动车充电机主电路能在实际工程中使用，具有一定的工程应用价值。关键动车充电机主电路能在实际工程中使用，具有一定的工程应用价值。关键词：零电压开关；全桥变换器；倍流整流词：零电压开关；全桥变换器；倍流整流目录目录第一章绪论.11.1 研究背景及意义.112 DCDC 变换器的发展和现状.213 论文主要内容.4第 2 章 CDR ZVS PWM 移相全桥变换器.521 电路组成和工作原理.622 前后桥臂的零电压实现.16 2.2.1 零电压前后桥臂的差异.162.2.2 功率模块并联电容的选择.172.3 主电路器件参数计算.182.3.1 输出滤波电感的选择.182.4 输出滤波电容选择.1
6、92.4.1 输出纹波电压的危害.192.4.2 纹波电压的抑制措施.192.5 小结21第三章主电路磁性元件设计.213.1 高频变压器的设计.213.2 滤波电感的设计.233.3 小结.25第四章充电机总体设计.264.1 充电机技术指标要求.264.2 充电机总体结构及工作原理.264.3 控制电路结构及工作原理.274.3.1 数字控制器设计.284.3.2 移相控制波形的生成.294.4 蓄电池的充电策略.304.5 数字采样及滤波.314.6 充电机模块内部保护功能.314.6.1 硬件保护.314.6.2 软件保护机制.314.7 对外电气接口.324.7.1 出负载接口.32
7、4.7.2 压控制信号接口.324.7.3 CAN 总线接口.324.8 实验结果与分析.324.9 小结.37结论.38致谢.39参考文献.40西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）- 0 -第第 1 章绪论章绪论11 研究背景及意义研究背景及意义随着我国铁路电气化区域的扩大和高速铁路网的快速发展，电力电子技术的不断突破。在新型客车上，DC600V 母线供电系统将逐步取代原有的发电车供电系统，从而使得客车充电机的装车数量不断增加。现代电力电子朝着小型化、轻量化方向发展，对效率和电磁兼容也有了更高的要求。随着电力电子装置的高频化的发展趋势。本文对高速动车充电机主电路的研究主要是 DCDC 变换器
8、分析和改进，DCDC 变换器作为开关电源中的重要组成部分，它将整流后的直流电，经过脉冲控制高频功率管逆变后，再次经整流与滤波处理，最后获取一定幅值直流电压。列车对它可靠性能、单位重量及效率等要求越来越苛刻，现在大容量化、高功率密度已成为发展主流方向【I】。国内铁路旅客列车主要经历了 22 型客车、25 型全列空调客车、动车组的变化。作为旅客列车的供电方式也发生根本性的转变【71。主要经历四种供电方式的发展。第一种，依靠车轴传动带动发电机的 DC48V 直流供电方式。该供电方式，由于供电能力有限，同时受列车停靠的影响较大，无法保证空调等设施负载电力需求，很难满足列车舒适性要求。第二种，在列车编组
9、上编挂专用发电车进行 AC380220 供电的交流供电方式。该供电方式虽然能满足列车空调负载的供电需求，大大提高了旅客列车舒适性的要求，但由于该供电方式，必须旅客列车增加发电机，降低了旅客列车运输效率。第三种，通过列车直接向全列旅客列车提供 DC600V 直流供电方式。通过车辆上的逆变器、充电机将 DC600V 转变为 AC380V 和 DCll0V 向车上的空调、照明等用电设备进行供电。但因供电设施集中，满足不了现动车组动力分散需求。第四种，为适应现动车组列车发展，充电机将整流电路与 DCDC 变换器集成在一起，通过各单元辅助变流器提供输 AC380V 交流电。并且直流负载发生改变，主要集中
10、：照明装置；门控制组：自动保护列车设备；牵引和辅助调压器；音频和视频传播；受电弓和高压开关传动； 网关、列车逻辑和监视器；空调控制； 中低电压陈列柜和电缆损失。新型动车组充电机供能具有分散性、互补性、高效性优点。12 DCDC 变换器的发展和现状世纪 60 年代脉宽调制 DCDC 功率变换技术的使用开始发展及应用才开始真正意义的直流变换器设计，挑战了当时在用的调节可控电阻方式来控制线性电源。随着功率半导体元器件开关频率工作性能越来越高，特别在上世纪 70 年代，从 60 年代初几 kHz 工作频率提高到 20kHz， 于是被命为 20kHz 革命。但是，随着开关频率上升又西安铁路职业技术学院毕
11、业设计（论文）产生新的问题，DCDC PWM 变换器工作在硬开关状态，一方面，是开关损耗与开关管工作频率成比例的增长，严重的影响变换器工作效率；另一方面，变换器工作时产生电磁干扰(EMI)噪声。开关器件提高工作频率，必须解决以下三方面问题：1)降低开通与关断损耗：功率器件开通和关断时，必须要求同一时间段内减小或避免开关器件电流和电压交叠面积，减小器件开通和关断损耗。2)处理好感性关断和容性开通：一方面，电路中存在布线电感、变压器漏感等一些感性元件，在开关关断时，因在感性元件中引起 aat 和旃出变化很大，所以感性元件采用降低电感电流后关断，避免产生严重的电磁干扰和开关器件电压击穿。另一方面， 开关器件并联电容
