摘 要

关键词：牵引变流器 四象限整流器 PWM逆变器 瞬态电流控制 5

Abstract 6

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 牵引变流器简介 1

1.3 国内外研究现状 3

1.4 本文研究的主要内容 4

第2章 牵引变流器的结构及原理 5

2.1 牵引变流器的工作原理及相关技术参数 5

2.2 牵引变流器结构及其功能 5

2.2.1 变压器以及线路接触器和预充电单元 6

2.2.2 四象限整流器 7

2.2.3 中间支撑电容 10

2.2.4 二次谐振回路 11

2.2.5 接地故障检测电路 12

2.2.6 斩波放电电路 13

2.2.7 PWM逆变器 13

2.3 本章小结 14

第3章 控制策略及相关参数计算 15

3.1 四象限整流器控制策略的选择 15

3.1.1 间接电流控制 15

3.1.2 直接电流控制 16

3.1.3 PWM逆变器的控制方式 17

3.2 主要器件相关参数计算 18

3.2.1 主变压器变比 18

3.2.2 中间支撑电容值计算 19

3.2.3 二次谐振回路相关参数计算 19

3.3 本章小结 20

第4章 牵引变流器的仿真及其分析 21

4.1 Matlab/Simulink简介 21

4.2 系统仿真 22

4.2.1整流电路的仿真与分析 22

4.2.2 逆变部分的仿真与分析 28

4.3 本章小结 31

第5章 总结与展望 32

5.1 论文工作总结 32

5.2 工作展望 32

致谢 33

参考文献 34

附录 35

摘要

随着近年来高速铁路相关技术的发展，我国的高铁运营里程不断提升，高速铁路运输在我国交通运输上扮演着越来越重要的角色。我国的高铁技术发展迅速，并且已经走出国门，大力推动了我国的社会经济的发展。

早期的列车大多使用直流电机，但电力电子技术发展起来后，交流电机的应用越来越广泛，目前，交流电机已经广泛应用于列车牵引中。因此牵引变流器是高铁发展中至关重要的一环。牵引变流器在高速列车中的作用主要在于将电网的电压通过交—直—交变换，将电网的电压变换至符合牵引电机所需的幅值和频率的电压，从而控制列车的运行。

本文首先对牵引变流器的的结构和功能做了相关介绍，而后分析其部分的工作原理，并设计了其硬件电路。本文还通过在Matlab/Simulink仿真平台上搭建牵引变流器的模型，对相关器件的参数进行了计算和设置，并对控制方法进行了比较和选择，最后验证所采取的控制方法所取得实际控制效果是否符合设计要求，并对仿真结果进行了分析。

关键词：牵引变流器 四象限整流器 PWM逆变器 瞬态电流控制

Abstract

With the development of high-speed railway related technologies in recent years, China's high-speed rail operating mileage continues to improve，high-speed rail transport in China's transportation is playing a more and more important role. China's high-speed rail technology has developed rapidly, and has been out of the country，and vigorously promote the development of China's social and economic.

Most of the early trains use DC motor, but after the development of power electronic technology, the application of AC motor more widely, at present, the AC motor has been widely used in the train traction. So the traction converter is a very important part in the development of high speed railway. Traction converter in high speed train mainly lies in the voltage of the power grid by AC-DC-AC converter, grid voltage transformation to meet the traction motor of the amplitude and frequency of voltage, so as to control train operation.

This paper firstly introduces the structure and function of the traction converter, and then analyzes its working principle, and designs its hardware circuit. The model of the traction converter is built in the MATLAB / Simulink simulation platform, the device related parameters were calculated and set, and the control method of the comparison and selection, finally validate the adopted control method achieved actual control result is in accordance with design requirements, and the simulation results are analyzed.

Key Words: traction converter, four quadrant rectifier,

PWM inverter, transient current control

绪论

1.1研究背景及意义

铁路运输在我国的发展越来越快，其作为一种重要的交通运输方式，在当今社会发展和推动经济进步中扮演着越来越重要的角色。为了提高铁路的运力以及运输效率，铁路运输的提速势在必行。1964年，日本成功的开通高速动车组。从此之后，世界各国争相规划建设高速铁路。时至今日，中国、日本、法国、德国等国家相继建成高速铁路并投入运行，带来了巨大的经济效益，也为铁路运输带来一场深刻的变革。

牵引变流器是组成高速列车牵引系统的重要装置，其基本功能为将电网电压变换成稳定的高质量的电能供给至牵引电机。初期的动车组普遍采用直流牵引电机,但随着电力电子技术的发展,电力电子技术得以在交流电机调速中得以广泛应用，使得交流电机的调速性能已经能够与直流电机比肩，所以目前在高速列车上，三相交流电机的使用越来越普及,而牵引变流器的作用则从将交流电变成直流电转换成将交流电变成幅值可调,频率可调的交流电输出,主要包括交—直—交和交—交两种方式。就我国高速列车牵引变流器而言，其主电路基本上采用电压控制型变流器供电的笼型异步电动机系统。这个系统的基本结构组成主要有四个部分，分别为：网侧四象限整流器、中间直流环节、PWM电压源逆变器、三相笼型异步电动机。^[9]