任务3城轨车辆交流牵引传动系统课件.ppt

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1、任务3 城轨交流传动系统分析,1、交流主传动案例分析,图2-43 1C4M单元车交流主传动系统原理电路图,列车从受电弓 P 受流后，经过主熔断器 F 同时给两节车上的逆变器供电。,工作原理：,牵引时，电能传递路径为：电网直流1500V通过受电弓P、主熔断器F、隔离开关IES、高速断路器HSCB、线路接触器LIK及逆变器给牵引电机供电。在再生制动时以相反的路径使电网吸收电机反馈的能量。各环节电路及作用为： （1）充电限流环节 （2）VVVF逆变器 （3）“软撬杠”保护环节 （4）“硬撬杠”保护环节 （5）其他保护环节,2.“两动一拖（2M1T）”单元主电路原理,图2-44 两动一拖(2M1T)单

2、元车主电路结构框图,图2-45 PA箱逆变器主电路,3广州地铁一号线车辆主牵引系统案例分析,（1）牵引制动系统组成,图2-46 牵引系统组成示意图,（2） 牵引系统基本参数,表2-2 牵引逆变器VVVF技术参数,表2-3 牵引电机(1TB20100GA02)技术参数,（3） 基本工作原理,DCU通过列车线接受来自控制系统的牵引制动力绝对值（以百分比的形式），与此同时还接受司机发出牵引或制动指令。当给定值给出后，经过以下条件的处理对牵引电机实施控制。 输入值设定：载荷校验、冲击限制、速度限制（牵引时）、线电流限制(牵引时)、欠压保护(制动时)、空转滑行保护。 速度检测 电机控制 脉冲模式发生器

3、能量反馈, 输入值设定：,载荷校验冲击限制 速度限制（牵引时）线电流限制(牵引时)欠压保护(制动时)空转滑行保护,DCU根据相应动车的载荷状况来调整实际牵引制动力。这是由于采用了动力分散型控制，为了保持车钩之间的相对运动最小，并且使整车达到相同的动态特性。,给定值大小的变化速率必须符合冲击限制的规定，但在防滑防空转功能激活的时候则不受此限制。,广州地铁一号线车辆规定了3个速度限制，速度控制的优先级高于电机控制。 正常速度： 80 kmh 倒车速度： 10kmh 慢行速度： 3 kmh,在牵引工况时，线电流控制的优先级高于电机控制，出于功耗的考虑，该限制值为不超过每节动车720A。,在制动时，网

4、压一直受到检测，当网压降到1500V以下时，制动力矩随速度和网压作相应的减少，这时不足的制动力由气制动补充。,空转滑行保护通过比较拖车、动车之间的速度差异，以适当减少力矩设定值来实现。, 速度检测,每个牵引电机带一个速度传感器，输出两个通道，每个通道相差为90的方波(电机每转为256个脉冲)，通过判断相差确定转向。每个牵引控制单元连接3个速度传感器。 在DCU中同样检测拖车的速度。在拖车的一个轴上装有一个编码速度传感器，该传感器是单通道(每周111个脉冲)。 在DCU中有两块电路板A305与A306（即中断处理与速度测量板），专门用来处理速度信号，速度值通过计算脉冲数，与参考时钟周期计算得到。

5、, 电机控制：采用空间矢量控制,图2-47 磁场定向控制结构图, 脉冲模式发生器,脉冲模式发生器根据电机控制的三个输入变量：相控因数、定子频率和校正角，实时计算牵引逆变器中的GTO触发脉冲。,图2-48 脉冲模式区域分布图, 能量反馈,在电机的能量反馈中，能量反馈到电网中，如果在电制动的情况下，能量不能被电网完全吸收，多余的能量必须转换为热能消耗在制动电阻上，否则电网电压将抬高到不能承受的水平。 制动斩波器的存在确保大部分的能量能反馈回电网，同时又保护了电网上的其他设备。,（4）牵引控制单元DCU及逆变器保护监控单元UNAS, 牵引控制单元结构 牵引控制单元基本功能 DCU基本工作原理 UNA

6、S基本功能 DCU的PCB板功能描述,图4-49 DCU工作方框图,DCU各功能模块之间的关系，各个功能模块的输入输出信号,知识拓展 直线电机主传动控制,（一）直线牵引电机原理分析 直线电机可认为是旋转电机在结构方面的一种演变 由于用直线运动取代了旋转运动，因此称之为直线电动机。,图2-50 直线异步电动机结构原理图,直线电机特点：（1） 无旋转部件，呈扁平形，可降低城轨车辆的高度。 （2） 能够非接触式的直接实现直线运行，因此可不受粘着的 限制，能获得较高的加速度和减速度。 （3） 直线电机运行噪音较小。 直线电动机分类： 直线异步电动机（LIM） 直线同步电动机（LSM） 直线直流电动机（

7、LDM） 在城市轨道交通中以 LIM应用较多,1直线异步电动机的分类,（1）按结构分类： 平板形单边式 平板形双边式 圆筒形（图2-52） （2）按电源分类： 三相电源 二相电源 （3）按动体分类： 短初级方式(即以初级作为动体) （图2-51） 短次级方式(即以次级作为动体)（图2-53）,图2-51 短初级平板形直线异步电动机示意图,图2-52 圆筒形直线异步电动机结构形成示意图,图2-53 短次级平板形单边式直线异步电动机示意图,2 结构与原理,（1）直线异步电动机结构 定子：带齿槽的电工钢片叠成，槽里嵌有绕组 转子：非磁性体(铜板或铝板)和磁性体(钢板)构成的复合金属板。（2）直线异步

8、电动机的原理,（a）旋转感应电机 （b）直线感应电机图2-54 感应电机的基本工作原理1-定子；2-转子；3-磁场方向 1-初级；2-次级；3-行波磁场,（3）直线异步电动机的磁场,以时间t和距离x作为函数变量，行波磁场的磁通密度B:,式中： 电源角频率，rad/s； t 时间，s； x 定子表面上的距离，m； 极距，m。 极距是磁通密度B的半波长。,（2-19）,图2-55 直线异步电动机的行波 磁场涡流Ie和连续推力F,行波磁场的移动速度称为同步速度 。 设次级金属板中引起涡流的感应电压为 E e ，磁通的作用面积为A，则:,次级有电感L和电阻R ，则金属板上的涡流电流I e为：,式中：,

9、，,次级移动的速度即电机的运动速度为：,(2-20),(2-20),3直线异步电动机特性,直线异步电动机的推力一速度特性与旋转异步电动机的特性相比较，则滑差率s为:,式中：Fs 起动推力； F 摩擦力； V 空载速度。,直线异步电动机的推力一速度特性近似成直线(图2-56)，其推力为 :,图2-56 直线异步电动机的推力一速度特性 与旋转异步电动机的特性相比较,（1）推力一速度特性,(2-23),(2-22),（2）速度一时间特性：,速度随时间以指数函数规律增加，其特性可表示为：,图2-58 直线异步电动机速度一时间特性,图2-57 直线异步电动机的推力一速度特性,（2-24）,图2-58所示

10、为T = 1时的直线异步电动机速度一时间特性，实际上时间常数T随负荷质量等因素而变化。,（3）推力一气隙特性,气隙小对电机特性和工作稳定性有利。直线异步电动机的g = 20左右。,（4）推力负荷占空因数特性,图2-59 直线异步电动机的推力一气隙特性,通电时间与整个周期时间之比。,图2-60 直线异步电动机的推力一占空因数特性,当负荷占空因数增大时，直线异步电动机的推力按指数函数规律下降。,（5）边缘效应,直线电机是长直、两端开断的结构，存在始端和终端，引起了边缘效应(端部效应)。 静态纵向边缘效应 动态纵向边缘效应 横向边缘效应,图2-61直线电机行波磁场方向上的涡流分布,4直线异步电动机的

11、优缺点, 直线电机最主要的优点是直接产生直线运动而不需要中间转换装置。 起动推力大，可实现大范围的加速和减速，零部件不受离心力的作用，直线速度不受限制。 直线电机的初级和次级的结构都很简单，特别是次级，有时甚至可直接利用部分设备本体或运行轨道。可在条件恶劣(潮湿、粉尘、有害气体)的环境中使用。 总体结构简单，扁平型部件高度低；噪声小，重量轻，维修容易。 短初级平板型直线电机的次级长，因而散热面大，材料的热负荷可以取得较高。,（1）优点,（2）缺点, 效率和功率因数低(一般在06065左右)。通常直线异步电动机的极距汽隙比要比旋转异步电动机大一倍左右。初级和次级之间的气隙大，需要的磁化电流大，所

12、以空载电流大；边缘效应特别是纵向边缘效应减小了驱动推力，增大了损耗。 除驱动推力外，直线电机初级和次级间有吸引力，因而必须增加构架强度。 应满足长距离保持一定气隙的精度要求。,5直线牵引电动机在动车中应用,应用于城市轨道交通车辆时，初级可以设置在车上，也可以设置在地面，分别称为车载初级式和地面初级式。,图2-62 地铁隧道直径比较图,（二）直线电机车辆牵引系统案例分析,案例： 广州地铁四号线直线电机车辆牵引系统四号线列车：直线电机牵引； 用一台VVVF逆变器向二台直线感应电动机供电的交流传动系统；用IGBT元件和脉宽调制技术的牵引VVVF逆变器； VVVF逆变器系统采用微机控制技术，有诊断和故

13、障信息储存功能 VVF逆变器系统采用间接矢量控制方式。 牵引电机为3相8极的直线感应电机，安装在转向架上的部分是属于 电机的初级，安装在轨道中间的感应板是电机的次级。,组成控制原理主要设备技术参数,1牵引系统构成：,图2-63 车辆牵引系统的主电路图,牵引系统主电路图2-63中各符号代码为：,Ms为主隔离开关； DCHS1、2为放电开关； DCHR1、2为放电电阻；HB为高速断路器； CHB1、2为充电接触器； CHR1、2为充电电阻；LB1、2为线路接触器； FL1、2为滤波电抗器； FC1、2为滤波电容器；OVCR FR1、2为过压保护电阻； OVCR F1、2为过压保护晶闸管；CTS1、

14、2为输入电流传感器； DCPT11、21为线电压传感器；DCPT12、22为滤波电容电压传感器； CE1、2为电容；DCCT1、2为差动电流传感器；CTU1、2CTV1、2为逆变器输出电流传感器；LIM1-4为直线电机,2牵引系统及其控制:,牵引系统正常情况下采用来自硬线的PWM牵引力指令，如果检测到硬线PWM信号超出正常的范围，VVVF逆变器就会采用来自TMS（列车管理系统）的总线的牵引力指令。如果硬线PWM信号和TMS（列车管理系统）总线都失效的情况下，列车还有一条紧急的备用硬线，当该紧急备用硬线被激活后，列车以20 kmh的目标值进行驾驶，如果这时列车速度超过22 kmh，VVVF逆变器

15、将停止输出。另外，考虑到列车损失12动力时，运营要求在AW2状态下，仍能在60的坡道上起动，并能保证列车行驶到最近车站，列车增加了高加速功能，当该功能被激活，转矩指令值就会乘以计划值的1335倍。这些功能的设置可以尽量降低由于列车故障对运营的影响。,3牵引系统的矢量控制,通过矢量控 制可以实现：（1）感应板次边阻 抗变化补偿（2）气隙变化控制（3）无感应板时 的控制,图2-64 电机矢量控制图,4系统主要设备参数（1）,表2-4 牵引逆变器技术参数,表2-5 直线电机技术参数,4系统主要设备参数（2）,表2-6间隙传感器技术参数,表2-7高速断路器技术参数,表2-8滤波器、接触器主要技术参数,

16、任务1 常用电力电子器件类型、原理与应用,（一）门极关断晶闸管（GTO） 1GTO的结构及工作原理：,（a）GTO外形 （b）GTO图形符号与工作原理图 图2-65 门极关断晶闸管（GTO）外形及原理图,图2-66 门极关断晶闸管（GTO）内部结构图,2GTO的驱动电路：,理想的门极驱动信号（电流、电压）波形,图2-67GTO门极驱动信号波形,其中实线为电流波形，虚线为电压波形。,图2-68门极驱动电路,（二）大功率晶体管GTR,1大功率晶体管的结构和工作原理 （1）基本结构,图2-69 GTR结构、电气图形符号和内部载流子流动(a)GTR结构 (b）电气图形符号 （c）内部载流子流动,图2-

17、70 常见大功率三极管外形,（2）工作原理,在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。晶体管通常连接成共发射极电路，NPN型GTR通常工作在正偏（Ib0）时大电流导通、反偏（Ib0）时处于截止高电压状态。给GTR的基极施加幅度足够大的脉冲驱动信号，它将工作于导通和截止的开关工作状态。,2GTR的特性与主要参数,（1）GTR的基本特性： 静态特性、动态特性 静态特性：,图2-71 GTR共发射极接法的输出特性,截止区：Ib0，Ube0，Ubc0放大区：Ib0，Ube0， Ubc0， Ic =Ib饱和区： Ube0，Ubc0,动态特性：,描述GTR开关过程的瞬态性能，又称开关特性。,图2-72

18、开关过程中ib和ic的波形,GTR在导通和关断状态下损耗都很小。 在关断和导通的转换过程中，电流和电压都较大，随意开关过程中损耗也较大。 当开关频率较高时，开关损耗是总损耗的主要部分。,（2）GTR的极限参数,最高工作电压集电极最大允许电流IcM集电极最大耗散功率PcM 最高工作结温TJM,3GTR的二次击穿和安全工作区,（1）二次击穿问题：实践证明：二次击穿是影响GTR安全可靠工作的一个重要因素。击穿原因：集电极电压升高到一定值（未达到极限值） 时，发生雪崩效应造成的。防止办法： 应使实际使用的工作电压比反向击穿电压低得多。必须有电压电流缓冲保护措施。,（2）安全工作区：,为了防止二次击穿，

19、要选用功率足够大的管子，实际使用的最高电压通常比管子的极限电压低很多。,图2-73 GTR安全工作区,安全工作区是在一定的温度条件下得出的。,4GTR的驱动与保护,（1）GTR基极驱动电路 对基极驱动电路的要求： 实现主电路与控制电路间的电隔离。 在使GTR导通时，基极正向驱动电流应有足够陡的前沿，并有一定幅度的强制电流。 GTR导通期间，在任何负载下，基极电流都应使GTR处在临界饱和状态。 在使GTR关断时，应向基极提供足够大的反向基极电流。 应有较强的抗干扰能力，并有一定的保护功能。,图2-74 GTR基极驱动电流波形,基极驱动电路,集成化驱动电路克服了一般电路元件多、电路复杂、稳定性差和

20、使用不便的缺点，还增加了保护功能。,图2-75 实用的GTR驱动电路,集成化驱动,（2）GTR保护电路：一般采用缓冲电路,（a）RC缓冲电路 （b）充放电型R-C-VD缓冲电路 （c）阻止放电型R-C-VD缓冲电路图2-76 GTR缓冲电路,（三）功率场效应晶体管MOSFET,特征: 单极型、多数载流子、“零结”、电压可控优点: 开关速度快、损耗低、驱动电流小、无二次击 穿现象等（与GTR相比）。缺点: 电压还不能太高、电流容量也不能太大。实用: 低压、小功率、高频（数百千赫）开关。,1功率MOSFET的结构及工作原理,（1）结构,图2-77 功率MOSFET结构和电气图形符号（a）功率MOS

21、FET结构 （b）电气图形符号,几种功率场效应晶体管的外形,图2-78 几种功率场效应晶体管的外形,（2）工作原理,当D、S加正电压（漏极为正，源极为负），栅源电压UGS=0时，P体区和N漏区的PN结反偏，D、S之间无电流通过；如果在G、S之间加一正电压UGS，栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少数载流子电子吸引到栅极下面的P区表面。当UGS大于某一电压UT（称开启电压或阀值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P型半导体反型成N型半导体而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。 UGS超过UT越多，导电能力越强，漏极电流越大。,2

22、功率MOSFET特性与参数,（1）功率MOSFET特性 转移特性 ： 定义： ID和UGS的关系曲线反映了输入电压和输出电流的关系。 跨导：曲线的斜率。 即： MOSFET是电压控制型器件，其输入阻抗极高，输入电流非常小 输出特性（漏极伏安特性）： 截止区 UGSUT，ID=0 饱和区 UGSUT，UDSUGS-UT 非饱和区 UGSUT，UDSUGS-UT,图2-79 电力MOSFET的转移特性和输出特性（a）转移特性 （b) 输出特性,开关特性,图2-80 功率MOSFET的开关过程（a）MOSFET开关特性的测试电路； （b）波形,（2）功率MOSFET的主要参数,漏极电压UDS 是MO

23、SFET的额定电压，选用时必须留有较大安全余量。漏极最大允许电流IDM 是MOSFET的额定电流，其大小主要受管子的温升限制。栅源电压UGS 栅极与源极之间的绝缘层很薄，承受电压很低，一般不得超过20V， 否则绝缘层可能被击穿而损坏，使用中应加以注意。为了安全可靠，在选用MOSFET时，对电压、电流的额定等级都应留有较大余量。,3功率MOSFET的驱动与保护,（1）功率MOSFET的驱动 对栅极驱动电路的要求 ： 向栅极提供需要的栅压。 减小驱动电路的输出电阻。 主电路与控制电路需要电隔离。 具有较强的抗干扰能力。 正负栅压幅值应要小于所规定的允许值。,图2-81 理想的栅极控制电压波形,（2

24、）栅极驱动电路举例,工作原理： 当无控制信号输入时（ui=“0”），放大器A输出低电平，V3导通，输出负驱动电压，MOSFET关断；当有控制信号输入时（ui=“1”），放大器A输出高电平，V2导通，输出正驱动电压，MOSFET导通。,图2-82 功率MOSFET的一种驱动电路,功率MOSFET的保护措施, 防止静电击穿 防止偶然性振荡损坏器件 防止过电压 防止过电流 消除寄生晶体管和二极管的影响,（四）绝缘栅双极晶体管IGBT,（a) 内部结构断面示意图 （b) 简化等效电路 （c) 电气图形符号图2-83 IGBT结构、简化等效电路和电气图形符号,2IGBT的基本特性,（1）IGBT的静态特

25、性,图2-84 IGBT的转移特性和输出特性（a) 转移特性； （b) 输出特性。,转移特性为IC与UGE间的关系。输出特性指的是IGBT的伏安特性。,（2）IGBT的动态特性,图2-85 IGBT的开关过程,3IGBT的擎住效应（自锁效应）,定义 ：器件导通后其栅极不再具有控制能力。形成原因：由于NPN晶体管基极与发射极之间存在体区短路电阻，P形 体区的横向空穴电流会在该电阻上产生压降，相当于对J3结施加正偏压，一旦J3开通，栅极就会失去对集电极电流的控制作用。车辆牵引系统是一个大电感，电压和电流的冲击很大，容易使IGBT满足寄生晶体管开通擎住的条件，形成动态擎住效应。防止办法：选择的IGB

26、T必须具有足够的电流容量并且通过合适的栅极电阻Rg来延长IGBT的关断时。,4IGBT驱动电路设计要求,驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，对整个装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。（1）驱动电路的内阻应尽可能小；驱动电路与IGBT的连线应尽可能 的短。（2）用内阻小的驱动源对栅极电容放电； IGBT开通后，栅极驱动源应能提供足够电压。（3）驱动电平UGE要综合考虑，当UGE正向增大时，一般选1520V； 在IGBT反向关断时，须施加一负偏压UGE，一般取110V。 （4）需要提供良好的过电压和过电流保护功能，是必要的。,任务2 电流电压变换电路,定义：将恒定直流电压变换成

27、为负载所需的直流电压的变流电路.,平均负载电压E0可用下式表示：,式中 ： ton为导通时间， toff 为关断时间， T(=ton +toff )为斩波周期 ， ( ) 为斩波器的导通比,图2-86 斩波器的调压原理,（2-25）,1斩波器的调压原理,（一）直流斩波电路：,导通比控制,定义：只要调节 ，即可调节负载的平均电压。 实现方法：（1）脉宽调制：保持斩波频率不变，只改变导通时间ton 。简称定 频调宽。（2）频率调制：改变斩波周期T，同时保持( )导通时间ton 或者关断时间toff不变。简称定宽调频。 （3）脉宽和频率综合调制：按照某种规律同时改变导通时间ton 和斩波周期T 。通

28、常是分段地改变斩波周期T，而连续地控制ton 。 对于斩波器传动，脉宽调制是优先选用的一种方法。,降压斩波器、升压斩波器,降压斩波器： 斩波器电路结构所产生的输出电压低于输入电压(即 E0 E )。,图2-87 升压斩波器,把电能从下降中的电动机电压E回馈到固定的电源电压E0 中去,忽略电源电流的脉动：斩波器导通期间由电源输入到电感器的电能为 斩波器关断期间，由电感器释放到负载的电能是 无损耗系统在稳态时，两项电能应相等由此可知 当0 l时，则E E0 。直流电动机的再生制动就是利用了这一作原理。 通过适当调节导通比即可把电能从下降中的电动机电压E回馈到固定电源电压E0 中去。,(2-26),

29、(2-27),(2-28),(2-29),2斩波器供电的谐波问题和解决办法,谐波问题：电源电流谐波与斩波频率、电流脉动幅值等因素有关系。 解决办法：（1） 提高斩波频率：实际使用的斩波频率一般在200400Hz之间。（2）采用多相多重斩波器： 将多个斩波器并联给一 台牵引电动机供电，各 个基本斩波器在相位上 有规律地相互错开运行， 则构成多相多重斩波器。,图2-88 三相三重斩波器电路,图2-89 三相三重斩波器波形,（3） 采用输入滤波器,图2-90 输入滤波器,L一C滤波器的谐振频率（ ）应避开斩波频率，否则会发生谐振，引起电源电压大的振荡。 通常斩波频率应至少是滤波器谐振频率的23倍。,

30、（二）逆变电路：,1 、逆变：整流的逆过程。2、分类： （1）有源逆变电路： 直流电能通过逆向变换，向交流电源反馈能量的逆变电路。 （2）无源逆变电路： 直流电能通过逆向变换，得到交流电能直接供给负载，其输出 端没有电源。3、组成：电力电路及缓冲电路、控制电路、电力电子器件的门控电路。4、优点：性能可靠，动、静态性能卓越、节能等。,1工作原理,（1） 单相桥式逆变电路：,图2-91 单相桥式逆变电路示意图,用全控型器件，如IGBT取代图2-91中的开关后，得到图2-92（）所示的单相桥式IGBT逆变器的主电路。,图2-92 电阻负载单相桥式IGBT逆变电路及波形,在感性负载下，每个电力电子器件

31、上还需反向并联一个快速二极管，以构成滞后电流的通路。,图2-93 感性负载时单相桥式IGBT逆变电路及波形,2三相桥式逆变电路,（1）结构,图2-94 三相桥式逆变电路,（2）基本参数,表2-3 逆变器导通顺序及相电压,图2-95 180导通型三相桥式逆变器的输出波形（a) 相电压波形； （b) ) 线电压波形,图2-96 120导通型三相逆变器的输出电压波形（a) 相电压波形； （b) ) 线电压波形,3正弦脉宽调制逆变电路,（1）脉宽调制（PWM）工作原理 把逆变电路的输出电压斩波成为脉冲，通过改变脉冲的宽度、数量或者分布规则，以改变输出电压的数值和频率。,图2-97 PWM控制电压的工作

32、原理,脉宽调制（PWM）方法种类,脉宽调制特点 只需对逆变器本身加以控制，使调压、调频一次完成；调节迅速而不需增加功 率设备。方法种类1、主要方法： 正弦PWM、空间矢量PWM（SVM）、瞬时电流控制正弦PWM、随机PWM、特定谐波消除PWM、最小纹波电流PWM等。尤其以正弦脉宽调制（SPWM）的谐波分量最少，应用最广。,2、从获得SPWM波的方法看： 有三角波与正弦波相交，得出开关切换模式的SPWM逆变器。锯齿波与正弦波相交、马鞍形波与正弦波相交，三角波与准正弦的阶梯波相交等方法得出的SPWM波。 3、 从逆变电路的负载端看： 追求电动机气隙磁通（磁链）尽量接近圆形 的磁链跟踪型逆变器。 4

33、、电流跟踪型逆变电路的逆变电路开关动作： 也是一种 PWM控制。,（2）正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路,在城市轨道交通车辆中，逆变电路的负载大多是感应要求可以调压、调频，而且输出是正弦波形。 为此可以把一个正弦半波作i等分，把正弦曲线每一等分所包含的面积，都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替。,图2-98 与正弦波等效的等幅矩形脉冲序列波, 单极性正弦脉宽调制,单极性SPWM是指逆变器输出相电压在任何半周内始终为一个极性.,图2-99 单极性SPWM波形（脉冲数i=6）（a) 输出电压波（b)两种控制电压波的相交,图2-100 单极性SPWM波形在载波比为20时的基波和谐波, 双极性正弦

34、脉宽调制,双极性SPWM是逆变器输出半个周期内，同一桥臂的上 两个元件作互补式通、断工作的控制方式。 在逆变器输出相 电压在任何半周内，都有 正、负极性交替出现，由 此取其基波，可得交变的 正弦 波电压。,图2-101双极性SPWM波形（a）三角形载波与正弦 调制波的相交（b）输出相电压波,双极性SPWM电压脉冲列的付氏级数表达式,式中 ：UnM 第n次谐波的幅值； 基波角频率； n谐波次数，n = 1、3、5、。,式中：n 谐波次数，n = 1、3、5、； 脉冲次序，j = 1、2、 i 。,（2-30）,（2-31）,逆变器在双极性SPWM时的输出电压表达式,输出的基波相电压幅 值为,（2

35、-32）,（2-33）,双极性SPWM在N = 19时的谐波分量与基波分量的比值UnM U1M 与调制深度的关系。,N越大，谐波越少。 n = N 1的谐波较大。 在实际应用中， 采用 “异步正弦脉宽调制”,图2-102 双极性SPWM在N = 19 时的基波与谐波, 自然采样与规则采样,自然采样：将正弦波与三角波进行比较，由两者的交点确 定逆变电路 开关切换点的方法。 规则采样：用计算求出系列脉冲波形宽度的方法。,图2-103 SPWM逆变器的规则采样（a）对称规则采样（b）不对称规则采样,4牵引逆变器主电路型式的确定,三点式电路主要优点： 在中间直流电压一定前提下，降低对开关元件耐压等级的

36、要求，并可改善牵引变流器交流输出波形。 我国200 km/h分散交流动车组采用2800V中间直流电压也采用了三点式变流器。,电压型 电流型,电压型二点式电压型三点式,牵引逆变器分,目前交流牵引采用的逆变器主要有,软开关：零电流时开关。硬开关：非零电流时开关。硬开关逆变器中器件的开关波形，有一系列有害影响，主要表现：一开关损耗；二器件应力；三电磁干扰问题（EMI）；四对电机影响。,图2-102 牵引逆变器主电路型式（a）IGBT三点式逆变器相构件单元电路 （b）IGBT二点式逆变器相构件单元电路,项目小结,1.直流主传动系统的控制 直流牵引电机结构原理、传动控制原理及电路逻辑 2.交流主传动系统的控制 交流牵引电机结构原理、传动控制原理及电路逻辑3.直线电机传动系统的控制 直线牵引电机结构原理、传动控制原理及电路逻辑4.城轨车辆上常用的电力电子器件 GTO,IGBT,晶闸管等的结构、技术参数、原理5.典型电流变换电路 二重逆变 三重逆变 升降压斩波,06:58:10,Thank You !,Thank You !,欢迎交流沟通！,