地铁辅助逆变系统分析

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1、第一章绪论3．主电路及控制电路的设计，并确保硬件的性能满足要求；4．在以上基础上进行软件编写和调试；5．最后进行实验验证。3第二章地铁辅助逆变系统拓扑研究本章对地铁辅助逆变系统的拓扑发展进行了研究，对各种地铁辅助逆变系统方案及其供电方式的发展进行了分析和比较，分析了各种方案的优势和不足，同时也阐述了地铁列车辅助逆变系统供电方式的发展和特点，最终经过综合分析并结合工程实际需求，选择较优切实的系统方案，为后续章节对所选定的主电路拓扑结构及控制方式进行了理论分析和仿真做好了准备。2．1地铁辅助逆变系统电路拓扑发展及特点2．1．112脉冲方案两路逆变加变压器构成的12脉波方案电路拓扑【4】吲

2、如图2．1所示。以1500V供电为例，其IGBT的电压等级为1700V，工作时开关频率低，波形质量好，串入小型滤波器就可获得满意的输出波形，而且可降低噪声。但这种方案所用开关器件是其两电平方案的两倍，成本高，目前，香港地铁、北京国产化地铁、南京国产化地铁车辆用辅助逆变器均是采用12脉冲控制技术，尽管该技术有上述所说的开关频率低、波形质量好、损耗小等优点，但是主电路复杂、功率器件多，特别是变压器设计制造复杂，单位功率体积质量大，在功率较大和输入电压变化范围大的场合，这一缺点更加突出，目前，不趋向于采用此方案。图2-112脉冲两电平逆变器Figure2-1The12pulsetwo-le

3、velinverter52．1．2三电平逆变器方案三电平逆变器是在传统逆变器基础上，通过对自身拓扑进行的改进，用来实现高压大功率场合的应用【5l。三电平逆变器拓扑中的一个桥臂上有4个电力半导体器件，如图2．2所示，通过对直流侧的分压和开关动作的不同组合，可以实现桥臂电压的多电平输出，从而使输出波形更加接近正弦波。2-2二极管中点钳位式二电平逆变器Figure2-2Themid-pointdiode--clampedthree-·levelinverter从三电平的工作原理可知，每个功率开关器件的耐压为母线电压的一半，与传统的两电平逆变器相比，器件所需耐压降低了一半，因此这就解决了功率

4、开关器件对高压大功率能量变换的限制障碍。此外，三电平逆变器较之两电平逆变器还具有：输出波形谐波更小、减少输出电压波形畸变(THD)、减小输出滤波电抗器体积、开关频率降低、开关损耗小等诸多优点。但是，这种方案同十二脉冲方案类似，所用开关器件是其他方案的两倍，成本高，由于功率器件的增加，也增加了三电平逆变器的控制难度，考虑到器件数量的多少以及体积重量等因素，也不趋向于采用此方案。2．1．3工频变压器隔离方案6第二章地铁辅助逆变系统拓扑研究此方案采用的是两点式逆变器直接逆变，逆变之后采用的是工频变压器进行隔离，lIOV控制电源亦是通过工频变压器隔离后整流滤波得到，电路拓扑如图2．3所示。逆

5、变器加滤波器直接逆变与工频变压器隔离，以1500V供电为例，如采用直接二点式逆变器方案，就要求采用电压等级3300V的IGBT，逆变器输出经过三相滤波后，同时三相交流电压经变压器和整流后，可实现电源的多路直流输出171。这种方案主电路简洁，只有6个高压IGBT(或IPM)构成逆变部分，这种电路的特点是电路结构简单、元器件使用数量少、控制方便。缺点是逆变器电源输出电压容易受电网输入电压的波动影响，输出的电压品质因数差、谐波含量大、负载使用效率低，为提高供电质量，满足规定的总谐波畸变系数，改善输出波形，必须在直流侧以及变压器原边串入较高要求、较重的滤波器，滤波器重量体积大同时也是噪声源。

6、图2—3直接逆变与工频变压器隔离方案Figure2-3Directfrequencyinverter、历misolationtransformerprogram2．1．4高频变压器隔离方案高频变压器隔离方案电路拓扑结构【6】如图2-4所示：7图2—4高频变压器隔离方案Figure2-4Programofhigh-frequencytransformerisolation直一直变换和高频变压器隔离方案，从减轻重量角度看，是较为理想的。此方案在逆变器直流输入侧加入带高频变压器隔离的DC／DC变换电路，直流DCll0V控制电源，也采用直一直变换器来实现，独立于AC380V变换电路，输出电压

7、不仅稳压精确，纹波度都达到很高要求，而且可靠性不依赖于AC380V变换电路，与静止辅助逆变器无关，也就不受逆变器故障的影响，有一定的好处。其缺点是可靠性较前两种方案要差。如上海地铁二号线车辆静止辅助逆变系统，采用高频变压器与逆变器方案，开关频率为6．20kHz，虽然输出波形很好地接近正弦波，但由于开关频率高，开关损耗大大增加，致使寿命下降。目前上海地铁二号线交流传动车辆上这类辅助逆变器经常出现故障。为此，若采用12脉冲波形，如上海地铁一号线直流传动车辆上的