地铁辅助逆变系统.研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：呵坳私字眺沙矽7年676月节日致谢本论文的工作是在导师刘志刚教授的悉心指导下完成的。在攻读研究生学位期间，刘老师不仅在做学问方面给了我很多实际指导和教诲，更在做人做事方面为我

2、树立了榜样。刘老师治学态度严谨，为人和蔼谦逊，待人热情诚恳，做事情公平公正，这一切都对我影响至深，将成为我受用终生的财富。本文的理论研究和实验工作是在刘老师的指导、关心和帮助下完成的，让我的专业理论知识和实际动手能力得到了进一步提高。除此之外，刘老师还在生活上给了我莫大的支撑和帮助。借此机会，我谨向刘志刚老师致以一名学生对恩师最崇高、最真挚的祝福和感谢!另外在实验室学习及撰写论文期间，实验室的沈茂盛老师、刁利军、牟富强、李哲峰、林文立、张刚、王磊、梅樱等师兄师姐、孙大南、罗荣娅、苏颉等同学以及陈杰、

3、张超、陈超、客京坤等师弟都给予了我很大的帮助，使我在实验室里度过了非常快乐和难忘的两年多时间。这些都是我的学业和毕设得以顺利完成的重要因素。在此也向他们表示真心的感谢。最后要感谢我的父母和、家人以及所有好朋友，正是他们的支持才使我能够安心完成学业，衷心感谢你们。第一章绪论1．1课题意义与背景辅助逆变系统是地铁或轻轨车辆上的一个必不可少的关键的电气部分，负责为空调机组、通风机、照明、电加热器等交流负载提供稳定的三相四线制的380V(220V)电源。传统地铁辅助逆变系统通常采用旋转式电动一发电机组的供电

4、方案。电动机从DC750V第三轨受电，发电机输出三相交流电压向负载供电。这种供电方式机组体积大、输出容量小、效率低，电源易受直流发电机组况变化的影响，输出电压波动大，可靠性差。随着电力电子技术的发展，辅助逆变系统已从早期的旋转式电动一发电机组进步为静止式变流机组，即所谓静止辅助逆变电源装置，克服了旋转式电动发电机组的供电方案存在的大体积、低效率、低可靠性等一系列问题，提升车辆的性能，成为地铁车辆辅助逆变系统的必然选择。同时，静止辅助逆变系统中采用的电力电子器件也经历了晶闸管(SCR)、大功率晶体管(

5、GTR、BJT)、可关断晶闸管(GTO)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT或IPM)的发展过程。IGBT或IPM器件的电压等级也从1200V发展到1700V、3300V以及4500V电压等级水平，除电压等级4500V的IGBT器件，其它电压等级的在国外已有多家公司批量生产与供货。地铁车辆均以直流电网供电，电网电压有750V和1500V两种。辅助逆变系统一般由给受电电路、电容器充放电电路、三相逆变器、交直流滤波电路及其相关控制电路等部分构成。辅助逆变器的单台额定容量一般在几十千伏安至二百多千伏安之间，属于

6、中小功率的“直交’’型变流器。辅助逆变系统通常需要满足如下基本要求：(1)输出电压为三相四线制，输出电压和频率满足规定的精度要求。(2)在宽输入电压变化范围内，输出额定容量的工作能力。输出电压与频率应能满足额定负载容量的正常工作能力。(3)输出电压为正弦波形或准正弦波形。在整个输入电压范围内，输出电压的总谐波含量都要求小于规定值。(4)负载突变能力。具备允许空调压缩机、通风机、空压机等负载直接启动和切除的能力，并且其输出电压的瞬时变化不超过规定值及在规定的时间内恢复稳定，以满足在带有部分负载的情况下

7、空调机、通风机、空压机等负载频繁投切的要求。(5)一定的冗余度。一台辅助逆变器故障时，在切除部分负载的条件下，正常工作的辅助逆变器应可同时向相邻的故障负载供电。1．2现代辅助逆变系统的主要特点地铁静止辅助系统主要有变压器隔离和变流两个功能部分。变压器隔离部分是为了安全必须将电网上的高压与低压用电设备，尤其是常需人工操作的控制电源的设备，在电气电位上实现隔离。通常采用变压器进行电气隔离，同时也可通过设计不同的匝比以满足电压值的需要；变流部分则是用来进行电能形式的转换，辅助用电设备大都需要三相380V、

8、50Hz交流电源，因而要将波动的直流网压逆变为恒压恒频的三相交流电。上述两部分构成完善的辅助逆变系统。现代辅助逆变系统主要有以下特点：(1)采用IGBT或IPM技术。早期的辅助逆变器采用的功率器件有晶闸管、功率晶体管和GTO等。IGBT具有高开关频率、功率损耗低，自我保护能力强，电路结构简单，无需换流和吸收电路，取代和控制电路简单等优点，它的使用减少了输入与输出滤波器的体积和重量，减少了元件的数量，因而也增加了使用的可靠性。(2)模块化的设计，可以实现模块化和简单统化