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1、目 录摘要III ABSTRACTIV第1章 绪论11.1 电力机车的开展历史11.1.1 国外电力机车开展概况11.1.2、中国电力机车开展概况21.2 交-直-交牵引系统的构成及特点31.3 课题研究的背景及意义41.4 论文主要的工作5第2章 逆变器的主电路62.1 逆变器主电路结构设计62.2 功率开关器件的选择7第3章 逆变器的控制技术93.1 SPWM的特点与原理123.2 空间电压矢量SVPWM143.2.1 SVPWM 的根本原理143.2.2 逆变器输出电压矢量和正六边形磁链轨迹控制163.2.3 电压空间矢量的合成方法183.3.4 SVPWM矢量组合模式的选择19第4章
2、逆变器控制仿真224.1 器件介绍及参数设置244.2 基于SPWM的逆变器仿真334.3 电压空间矢量SVPWM354.4 减少低次谐波的方案384.4.1 增加开关频率384.4.2 参加滤波电抗414.5 比拟总结43第5章 结论455.1 全文总结455.2 下一步的工作思考45参考文献46致谢47交直交电力机车逆变器PWM调制摘要电力机车由牵引电动机驱动车轮的机车。交直交牵引系统比其它牵引传动系统具有良好的牵引和制动性能、良好的黏着利用和防空转性能、电机功率大、质量轻、体积小、功率因数高、谐波干扰小、操作简便、维修工作少、易于标准化、通用化和模块化等优越性。因此交直交电力机车已成为目
3、前应用最广泛的电力机车。逆变器在整个牵引系统中起到把直流电逆变成为三相交流电的作用，供应电动机运行，它对整个牵引系统是否能正常运行起到重要作用。但是对于交直交电力机车这种大功率场合，由于逆变器的的开关频率较低，将会产生很大的低次谐波，轻那么影响系统的性能，重那么将导致整个调速系统的控制失败，因此需要对其进行PWM调制。PWM调制作为交流调速系统的一个关键环节，其设计的优劣直接关系到系统的性能。关键词：电力机车、交直交电力机车、PWM调制AC - DC - AC Electric Locomotive PWM modulation Abstract Electric locomotive tra
4、ction motor drive the wheels of the locomotive. AC-DC-ACtraction drive system, traction than the other good traction and braking performance, good adhesion properties of the use and anti-stall, motor power, light weight, small size, high power factor, harmonic disturbance, the operation simple, low
5、maintenance, easy-to-standard, generic and modular and other advantages. Therefore, AC - DC - AC electric locomotive has become the most widely used electric locomotives. Inverter in the DC traction system played the role of three-phase AC inverter into the supply motor is running, it is the tractio
6、n system can play an important role in normal operation. But for AC - DC - AC power for electric locomotive that occasion, the inverter switching frequency islow, will have a lot of low-order harmonics, ranging from the performance of the system, re-adjustment will cause the entire speed control of
7、the system failed, so it needs to be PWM modulation. AC Speed Control System PWM modulation as a key link in the merits of its design is directly related to system performance. Key words: electric locomotives, AC - DC - AC electric locomotive, PWM modulation第1章 绪论电力机车由牵引电动机驱动车轮的机车。电力机车因为所需电能由电气化铁路供电
8、系统的接触网或第三轨供运行中的电力机车给，所以是一种非自带能源的机车。电力机车具有功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量等优点。使用电力机车牵引车列，可以提高运行速度和承载重量，从而大幅度地提高铁路的运输能力和通过能力1.1 电力机车的开展历史 国外电力机车开展概况从供电网电流制来看，电力牵引经历了从直流制1.5KV或3KV到单相低频交流15KV,50/3HZ或11KV,25HZ，再到单相工频交流25kv，50hz或60hz，个别20kv和50kv3个主要开展阶段。电力机车也随之由直流制机车开展到交流机车和多流制
9、机车。采用直流制的国家主要有日本、法国、意大利等；采用单相低频交流制的国家主要有德国、瑞典、奥地利、挪威和美国；采用单相工频交流制的国家有法国、日本、印度、英国等。从主电路系统的特点可以看出电力机车最近几十年来的开展过程。20世纪70年代以前，直流电力机车普遍采用直流牵引电动机和高压侧调压开关调压系统；低频交流电力机车几乎全部采用单相交流整流子牵引电动机高压侧调压开关系统。工频交流电力机车主要采用水银整流器或硅整流器与脉流牵引电机和高压侧或低压侧开关调压系统。20世纪70年代开始，随着大功率晶闸管及电力电子技术的开展，直流电力机车逐渐采用斩波调压；单相工频整流器电力机车逐步被晶闸管相控电力机车
10、取代；在采用交流制的国家中，以瑞典为代表，包括奥地利，着重开展晶闸管相控电力机车，而德国和瑞士再使用少量相控机车的同时。着力开展三相交流传动电力机车。在80年代，一方面，直流斩波机车和交流相控机车技术得到进一步完善和开展。另一方面。以1979年问世的第一台E120型交流传动电力机车原联邦德国BBC公司制造为转机，三相交流传动电力机车在德国第一些国家投入运营并得到迅速开展。从80年代末90年代初开始，世界上特别是西欧和日本，随着既有电力机车的更新换代和高速铁路的蓬勃开展，电力机车的研制迅速向交流传动。目前这些国家早已停止了用于本国的直流传动和交直传动电力机车的生产、中国电力机车开展概况中国电力机
11、车在40多年的风雨中不断开展进步，前后共经历了3个阶段，开发了4代产品。其开展和国际上开展的路径相类似，即由直流传动到交直电传动的开展。 第一阶段19561968年是中国电力机车早期引进仿制阶段1956年中国政府提出要迅速地、有步骤地研制使用电力机车。1957年参照苏联H60型单相引燃管整流器电力机车，开始研究设计电力机车。1958年仿制出第一台电力机车，即6Y1型干线电力机车，此后经过屡次改良，到1968年，6Y1型改名为SS1型，是第一代机车，开始小批量生产；第二阶段19681985年是中国电力机车艰难的成长阶段这期间跳出了照搬国外电力机车的模式，走上了自我开展的道路。产品SS1型成批生产
12、，自主研制成功SS2型。1979年株洲电力机车工厂设计试制成功SS3型机车，SS3是在吸收了SS1和SS2的成熟经验。并在SS1根底上改良设计的。SS3机车综合性能优于SS1型。1989年开始打批量生产，是中国第2代干线主型机车，此期间。1985年9月在株洲电力机车工厂试制成功我国第1台相控电力机车SS4货运电力机车，SS4是中国第3代电力机车第三阶段1984至今是中国电力机车迅速开展阶段此阶段我国第3 代电力机车开展形成多机型系列，根本形成了较为完整的4、6、8轴货运、客运系列。1986年中国铁路牵引动力政策改为“大力开展电力牵引，合理开展内燃牵引以及开展“重载高速机车。此期间株洲电力机车工
13、厂第工厂和株洲电力机车研究所第科研单位得以大规模改造，新增很多先进专用设备和实验检测设备，引进大量先进技术。1985年和1986年进口8K和6K机车的同时，引进了大量先进技术。经过消化吸收，结合中国电力机车实际和优秀的传统结构，先后自主研制成功第3代机车11种，有SS4、SS5、SS6、SS7、SS8以及它们的派生型SS4b、SS4c、SS6b、SS7b、SS7c第。1996年AC4000交流传动电力机车研制成功，这是我国电力机车事业开展上的一个重要的里程碑，是我国铁路电传动机车开始步入交流传动机车的开展时期。同时还研制成功了第4代机车C4000型交流传动机车。2001年我国研制出第1台有自主
14、知识产权交流传动客运电力机车，标志着我国交流传动机车技术跨上了一个新台阶1.2 交-直-交牵引系统的构成及特点以电压型交直交变流器供电、三相异步电动机作牵引电动机的机车为例，其包括整流器、逆变器、电抗器、三相异步电动机等。 电压型异步电动机电力机车工作原理机车在工作时，将电网歹念压引入机车变压器一次侧绕组，经变压器二次侧绕组降压后送入环节整流环节，将交流电转换为直流电，经环节平滑处脉动，送入环节，将直流电逆变为电压和频率可调的三相交流电，经环节平波电抗器，供应三相异步牵引电动机，实现牵引运行。在这个系统中，机车先将电网的交流能量转换为直流能量，然后进一步转换成电压和频率可调的交流能量。各环节的
15、作用分述如下：环节整流电路根本作用是将交流电转换为直流电。具体电路可以是不可控整流桥、相控整桥流、四象限脉冲变流器。环节直流环节滤波器根本作用是平滑处的纹波脉动，消除或减少谐波含量，改善机车的功率因数。采用不同的整流电路，其滤波电路也不同，功能有所差异。环节逆变器用于将直流电转换为三相交流电，同时为了机车调速的需要，它具有较宽的调频范围和调压范围，一般采用正弦波脉宽调制PWM技术。或采用电压相量VVCPWM控制技术，降低电机损耗，减少网压波动的影响。环节电抗器，有三大作用。降低电机、电缆中的高频成分，控制噪声的传播，抑制电机启动过程中的谐波分量；保证频繁断开电机电路时不损坏变频器；通过三相霍尔电流传感器对变频器输出端采取完善的短路保护措施。系统的工作特点：1、功率/体积比大。由于.三相异步电动机结构中无换向器，所以相同功率的电机，异步电动机的重量轻、体积小，可使机车转向架簧下局部重量相应减少，在机车通过曲线时，轮轨之间侧向压力也就相应减少，
