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交流牵引变流系统基本结构

来源:艾特贸易网 www.aitmy.com2018-08-13

简介交流牵引变频器应保证牵引电动机在四象限运行,供电接线如图 11-4 所示。目前,交流牵引传动多用电压源型变频器,因此本文讨论的逆变器,除特别说明外均指直 - 交电压型逆变器。

    交流牵引变频器应保证牵引电动机在四象限运行,供电接线如图11-4所示。目前,交流牵引传动多用电压源型变频器,因此本文讨论的逆变器,除特别说明外均指直-交电压型逆变器。

    当前中小功率变频器中开关器件以IGBT为主,大功率(高电压)变流器以GTO晶闸管为主。随着IGBT的不变更新与发展,特别是其他高电压、大功率自关断器件产品(IGBTHV-IGBT)及智能功率模块IPM的开发、完善和应用技术的发展,将进一步提高以这些器件为主电路开关的逆变器容量和性能,简化控制电路设计。国产NJ1型内燃机车交流传动系统采用了IPM牵引逆变器,其主电路结构如图11-5 (a)所示。

交流接触网供电的交流牵引交流器主电路结构

    11-4    交流接触网供电的交流牵引交流器主电路结构

牵引逆变器主电路典型结构

    11-5    牵引逆变器主电路典型结构

   (a) NJ1型内燃机车用IPM牵引逆变器主电路结构;(b)三点式逆变器一相构件

    原理电路(UV1UV2-电压传感器;UA1UA5-电流传感器)

    牵引逆变器还可采用图11-5(b)所示的“三点式”结构(这里仅给出一相构件电路)。与常见的逆变器不同,这种电路输出电压有UdUd/20三种电平;在相同的中间直流电压下,开关器件承受的电压近似为一般逆变器的一半。此外,采用三点式逆变器能加快主电路对控制系统的响应,提高系统的动态性能,并能改善输出电压波形,降低输出正弦电流的脉动。这种结构的逆变器在日本、欧洲和我国的牵引变流器中都有实际应用。

    研究表明,电流型逆变器具有一些交流牵引所需的特点,在这一领域中也有着广阔的发展前景。

    交流牵引电动机调速控制,根据交流牵引负载运行规律,其电动机调速系统可以采用多种控制策略,控制电路也可使用各种不同的电路元器件,如模拟器件、数字器件、微机等构成。

    无论以何种方式进行机车牵引,牵引控制要考虑的首要问题都是如何保证在牵引或制动的过程中不破坏机车黏着,或当黏着被破坏后如何迅速恢复。

    控制牵引电动机供电电源,以满足机车起动、稳定牵引和制动的运行特性,是牵引传动控制系统设计时要考虑的另一个重要因素。如前所述,机车起动加速时牵引力几乎不变,逆变器应使电动机近似恒转矩运行;机车稳定运行后,则应控制逆变器使牵引电动机恒功率运行。对内燃机车,在机车稳定运行和制动工作时,都应控制逆变器输出使牵引电动机输出功率与内燃机输出功率成比例。为此,牵引逆变器的PWM控制应根据具体要求采用正弦脉宽调制、电压空间矢量脉宽调制、谐波消去法脉宽调制等逆变器控制技术,而电力机车这类由交流接触网供电的交流牵引传动系统,其整流电源必须采用四象限PWM整流器,对它的控制一般都采用所谓“瞬态电流控制”方案。

    在实际使用中,要求起动转矩在不破坏黏着的情况下尽量大,机车起动以后,则应充分利用机车的大惯性来克服运动中受到的各种冲击。因为这种瞬间的冲击力非常大,仅靠交流牵引电动机本身的机械特性去克服,很容易使变流器瞬间出现过大的电流而进入故障保护状态,或者破坏机车黏着。因此交流牵引遵循的基本控制规律为起动时尽量实现E/f=const,即磁链恒定,使机车在给定转矩下以恒定加速度起动。达到给定的稳定牵引速度后,保持逆变器输出电压恒定,改变其输出频率,使电动机在期望的恒功率条件下运行时尽量稳定。黏着控制需要专门的控制装置来进行调节。由于机车轮轨运行情况十分复杂,很难描述其黏着的物理模型,根据不同的理解,可有不同的控制方案。

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